Bioquímica Geral - Nucleotídeos e Ácidos Nucleicos DNA e RNA

BIOQUÍMICA GERAL BIOQUÍMICA GERAL JOÃO LUIZ COELHO RIBAS Autoria Objetivos do capítulo Identifi car a natureza química dos nucleotídeos e ácidos nucleicos presentes na maioria das células Compreender os papéis bioquímicos dos nucleotídeos no metabolismo celular Compreender a importância fundamental dos ácidos nucleicos para a continuidade da vida DNA Introdução Composição Estrutura tridimensional Propriedades e funções ÁCIDOS NUCLEICOS Introdução Características estruturais Química Propriedades e funções RNA Introdução Classifi cação Estrutura tridimensional Propriedades e funções TÓPICOS DE ESTUDO NUCLEOTÍDEOS Introdução Estrutura composição e nomenclatura Propriedades e funções Ribonucleotídeos e desoxirribonucleotídeos BIOQUÍMICA GERAL 108 Seres humanos árvores musgos bactérias amebas cobras todos os seres vivos são formados por moléculas primordiais e têm composição química relativamente igual di ferenciandose apenas em formas e hábitos Se analisarmos bioquimicamente veremos que certas substâncias sempre estarão presentes quando existe vida independentemen te de quais seres as exibam Água minerais carboidratos lipídeos proteínas e ácidos nucleicos estão presentes desde os primórdios de nossa evolução e guardam em si o sentido abstrato da vida Nesse contexto qual é a importância primordial das moléculas nucleotídeos que dão origem aos ácidos nucleicos Qual a representatividade em nossa existência de moléculas como o DNA e RNA Contextualizando o cenário BIOQUÍMICA GERAL 109 Nucleotídeos e ácidos nucleicos 5 Um dos passos mais importantes na história da biologia como um todo foi a descoberta de que substâncias que posteriormente viriam a ser conhecidas como nucleotídeos e conse quentemente ácidos nucleicos de alguma forma auxiliavam no controle da atividade celular A partir do século XIX com os trabalhos do médico suíço Miescher iniciaramse as suspeitas de que os ácidos nucleicos eram os responsáveis diretos por tudo o que acontecia em uma cé lula Em 1953 o bioquímico norteamericano James D Watson e o biologista molecular Francis Crick propuseram um modelo que procurava esclarecer a estrutura e os princípios de funcio namento dessas substâncias O volume de conhecimento acumulado a partir de então caracteriza o mais extraordinário conhecimento biológico que culminou nos dias de hoje na criação da Engenharia Genética área da Biologia que lida diretamente com os ácidos nucleicos e o seu papel biológico Nucleotídeos 51 Os ácidos nucleicos são moléculas gigantes macromoléculas formadas por unidades mo noméricas menores conhecidas como nucleotídeos Cada nucleotídeo por sua vez é formado por três partes um açúcar do grupo das pentoses monossacarídeos com cinco átomos de carbono um radical fosfato derivado da molécula do ácido ortofosfórico H3PO4 e uma base orgânica nitrogenada Introdução 511 Os nucleotídeos estão muito envolvidos com a vida celular Participam de reações de oxidação redução transferência de energia sinalização intracelular e reações biossintéticas sendo essen ciais para todas as células Sem eles o DNA e o RNA não seriam produzidos não haveria síntese de proteínas ou proliferação celular Os nucleotídeos são ainda importantes compostos reguladores para muitas rotas do metabolismo intermediário inibindo ou ativando enzimaschave Alguns estudos apontam que o surgimento dos nucleotídeos permitiu a evolução de organismos com capacidade de incorporar e armazenar energia do ambiente e produzir cópias de si mesmos Sa bese hoje que a vida está intimamente relacionada à química dos nucleotídeos e dos ácidos nuclei cos A estrutura de cada biomolécula e componente celular é o produto da informação programada na sequência nucleotídica dos ácidos nucleicos da célula A capacidade de armazenar e transmitir a informação genética de uma geração a outra é uma condição fundamental para a vida BIOQUÍMICA GERAL 110 Estrutura composição e nomenclatura 512 Os nucleotídeos são conhecidos como blocos de construção dos ácidos nucleicos A se quência de aminoácidos de cada proteína celular e a sequência nucleotídica de cada RNA são especifi cadas pela sequência nucleotídica do DNA da célula Os nucleotídeos são compostos por uma base nitrogenada ligada a um açúcar pentose a qual tem pelo menos um grupo fosfato ligado A molécula sem o grupo fosfato é denominada nucleosídeo As bases nitrogenadas são moléculas planares aromáticas e heterocíclicas que pertencem a duas famílias de compostos as purinas e as pirimidinas cujas estruturas estão representadas na Fig 1 Figura 1 Estrutura química geral das bases púricas e pirimídicas Fonte VOET 2014 Adaptado As purinas mais comuns são a adenina A e a guanina G e as principais pirimidinas são a citosina C a uracila U e a timina T As purinas são ligadas covalentemente a um açúcar de cinco carbonos pentose por meio do átomo N9 enquanto as pirimidinas se ligam por meio do átomo N1 A ligação é chamada de Nβglicosídica e ocorre ao carbono 1 da pentose Esta ligação é formada pela remoção dos elementos de água sendo um grupo hidroxila da pentose e o hidrogênio da base As estruturas das principais bases estão mostradas na Fig 2 PURINA PIRIMIDINA N 1 2 3 4 8 5 7 9 6 N N N N 3 2 1 6 5 4 N BIOQUÍMICA GERAL 111 Figura 2 Principais bases púricas e pirimídicas dos ácidos nucleicos Fonte NELSON 2014 Adaptado ESCLARECIMENTO Tanto o DNA como o RNA contêm as mesmas bases púricas adenina e guanina Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica O DNA contém timina e o RNA contém uracila bases que diferem apenas por um grupo metila presente na timina Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica Tanto o DNA como o RNA contêm as mesmas bases púricas adenina e guanina Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica O DNA contém timina e o RNA contém uracila bases que diferem apenas por um Tanto o DNA como o RNA contêm as mesmas bases púricas adenina e guanina Tanto o DNA como o RNA contêm as mesmas bases púricas adenina e guanina Tanto o DNA como o RNA contêm as mesmas bases púricas adenina e guanina Tanto o DNA como o RNA contêm as mesmas bases púricas adenina e guanina Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica O DNA contém timina e o RNA contém uracila bases que diferem apenas por um Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica Ambos contêm a pirimidina e citosina mas diferem na segunda base pirimídica O DNA contém timina e o RNA contém uracila bases que diferem apenas por um O DNA contém timina e o RNA contém uracila bases que diferem apenas por um O DNA contém timina e o RNA contém uracila bases que diferem apenas por um Propriedades e funções 513 Nas células a maioria dos nucleotídeos encontrase na sua forma polimérica como DNA ou RNA e apresenta como principal função o armazenamento e a transferência da informa ção Os nucleotídeos livres podem ainda desenvolver uma série de outras funções metabólicas não relacionadas à informação genética como de carreadores de energia componentes de cofatores enzimáticos e mensageiros químicos Um nucleotídeo bastante conhecido é o trifosfato de adenosina o ATP que contém ade nina ribose e um grupo trifosfato Esta molécula é carreadora ou transmissora de energia em diversos processos como fotossíntese ou degradação de carboidratos onde é formada a partir do difosfato de adenosina ADP Adenina Citosina Timina DNA Uracila RNA Guanina PURINAS PIRIMIDINAS C N NH2 N N N H HC C CH C C HN H2N O N N N H C C CH C C N O NH2 N C CH CH H C CH3 HN O O N C C CH H C HN O O N C CH CH H BIOQUÍMICA GERAL 112 ESCLARECIMENTO A energia do ATP é disponibilizada pela transferência de um ou dois grupos fosfato a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin téticas transporte iônico e movimento celular a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin A energia do ATP é disponibilizada pela transferência de um ou dois grupos fosfato a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin A energia do ATP é disponibilizada pela transferência de um ou dois grupos fosfato a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin a outra molécula e é utilizada em diversas tarefas celulares como reações biossin Alguns nucleotídeos podem ainda atuar como moléculas reguladoras As células respon dem a sinais extracelulares que são os primeiros mensageiros A interação destes sinais com a superfície da célula muitas vezes leva à produção de segundos mensageiros internamente os quais induzem mudanças adaptativas Muitas vezes o segundo mensageiro é um nucleotídeo Dois exemplos são a adenosina 35 monofosfato cíclico AMP cíclico ou cAMP e a guanosina 35 monofosfato cíclico cGMP Outras estruturas derivadas dos nucleotídeos participam de uma ampla variedade de pro cessos metabólicos A síntese do amido em plantas por exemplo é realizada pela adição repe tida de unidades de glicose que são doadas por ADPglicose Outros derivados dos nucleotí deos podem também carregar grupos que sofrem reações de oxidaçãoredução Ribonucleotídeos e desoxirribonucleotídeos 514 Os ribonucleotídeos são nucleotídeos que apresentam como açúcar a ribose enquanto nos desoxirribonucleotídeos ou desoxinucleotídeos o açúcar é a 2desoxirribose ou seja não há grupamento hidroxila no carbono 2 conforme representado na Fig 3 Figura 3 Monossacarídeos dos ribonucleotídeos e desoxirribonucleotídeos Fonte VOET 2014 Adaptado RIBOSE DESOXIRRIBOSE HO OH OH OH CH2 H 5 1 2 3 4 H H H O HO OH H OH CH2 H 5 1 2 3 4 H H H O BIOQUÍMICA GERAL 113 Um ou mais grupos fosfato são ligados ao átomo C3 ou C5 da pentose gerando um 3nu cleotídeo ou um 5nucleotídeo respectivamente Nos nucleotídeos ambos os tipos de pento ses estão na sua forma βfuranose que apresenta um anel fechado com cinco átomos O anel de pentose não é planar mas ocorre em uma série de conformações geralmente descritas como pregueadas Os ribonucleotídeos são componentes do RNA ácido ribonucleico enquanto os desoxir ribonucleotídeos são componentes do DNA ácido desoxirribonucleico A adenina a guanina e a citosina são encontradas nos ribonucleotídeos e nos desoxirribonucleotídeos A uracila é encontrada em ribonucleotídeos e a timina em desoxirribonucleotídeos Os nucleotídeos livres são aniônicos e nas células estão normalmente associados ao íon magnésio Ácidos nucleicos 52 Os ácidos nucleicos são moléculas de elevada massa molecular que possuem um grupo fosfa to açúcares e bases purínicas e pirimidínicas sendo portanto macromoléculas formadas por nu cleotídeos Existem dois tipos quimicamente distintos de ácidos nucleicos que exercem inúmeras funções indispensáveis à vida São eles o ácido desoxirribonucleico DNA e o ácido ribonucleico RNA Eles ocorrem naturalmente como biopolímeros constituídos de nucleotídeos Introdução 521 O DNA é um composto orgânico cujas moléculas contêm as instruções genéticas que coor denam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos O seu principal papel é armazenar as informações necessárias para a construção de proteínas Os segmentos de DNA que contêm a informação genética são denominados genes O RNA é o responsável pela síntese de proteínas da célula É um polímero de nucleotídeos geralmente em cadeia simples que pode por vezes ser dobrado As moléculas formadas por RNA possuem dimensões muito menores às formadas por DNA Os ácidos nucleicos desempenham um pa pel importante no armazenamento e na ex pressão da informação genética A Tabela 1 apresenta a nomenclatura de nucleotídeos e ácidos nucleicos de acordo com as bases ni trogenadas citadas anteriormente BIOQUÍMICA GERAL 114 Características estruturais 522 Os ácidos nucleicos são cadeias de nucleotídeos ligados por pontes de grupos fosfato nas posições 3 e 5 de unidades de ribose vizinhas São ligações covalentes nas quais o grupo 5fosfato de uma unidade nucleotídica é ligado ao grupo 3hidroxila do próximo nucleotídeo gerando uma ligação fosfodiéster como indicado na Fig 4 Esta ligação é assim chamada por que o fosfato é esterifi cado com duas unidades de ribose Cada nucleotídeo incorporado ao polinucleotídeo é um resíduo de nucleotídeo A unidade terminal cujo C5 não está ligado a ou tro nucleotídeo é denominada extremidade 5 e a unidade terminal cujo C3 não está ligado a outro nucleotídeo é denominada extremidade 3 A sequência de resíduos de nucleotídeos em um ácido nucleico é escrita da esquerda para a direita da extremidade 5 para a 3 Em síntese o esqueleto covalente dos ácidos nucleicos consiste em fosfatos e resíduos de pentose alternados e as bases nitrogenadas podem ser consideradas como grupos laterais ligados ao esqueleto em intervalos regulares O esqueleto covalente do DNA e do RNA está sujeito a hidrólise lenta e não enzimática das ligações fosfodiéster Observe a Fig 4 em que uma das ligações fosfodiéster está sombreada no DNA Estas ligações unem unidades sucessivas de nucleotídeos Base Nucleosídeo Nucleotídeo Ácido nucleico Purinas Adenina Adenosina Adenilato RNA Desoxiadenosina Desoxiadenilato DNA Guanina Guanosina Guanilato RNA Desoxiguanosina Desoxiguanilato DNA Pirimidinas Citosina Citidina Citidilato RNA Desoxicitidina Desoxicitidilato DNA Timina Timidina Timidilato DNA Uracila Uridina Uridilato RNA Tabela 1 Nomenclatura de nucleotídeos e ácidos nucleicos BIOQUÍMICA GERAL 115 ESCLARECIMENTO Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia de nucleotídeos Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia Uma característica importante que ajuda na manutenção da estrutura do DNA é o empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia empilhamento através de interações entre as bases nitrogenadas de cada cadeia Figura 4 Ligação fosfodiéster no DNA e RNA Fonte NELSON COX 2014 Adaptado Química 523 Os ácidos nucleicos geralmente adotam um arranjo de dupla fi ta como estrutura se cundária O DNA é quase exclusivamente encontrado na forma de dupla fi ta quando na forma negativa enquanto o RNA ocorre nesta conformação apenas em algumas condições específi cas A dupla fi ta do DNA permanece ligada por meio de ligações de hidrogênio en tre as bases nitrogenadas opostas de cada fi ta Existem ainda estruturas no DNA que são denominadas não duplex por se tratarem de regiões onde a dupla fi ta não é formada por alguma alteração na cadeia de nucleotídeos DNA RNA Extremidade 5 Extremidade 3 Ligação fosfodiéster O O O O O O H OH H OH H OH A U T G G C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 H H H H H H 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 H H H H H H H H H H H H H H H H H H O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O P P P P P P H H BIOQUÍMICA GERAL 116 Propriedades e funções 524 Dada a importância do conhecimento da estrutura dos ácidos nucleicos é de grande inte resse o desenvolvimento de moléculas que reconheçam estas estruturas Potenciais agentes quimioterápicos podem ser desenvolvidos desde que possam reconhecer sequências de pares de bases ou estruturas do tipo não duplex envolvidas no controle da expressão de determinados genes Uma forma de interação conhecida é a chamada ligação covalente Como o DNA e o RNA são poliânions sua associação é particularmente signifi cativa desde que o metal ou a forma ativa do complexo esteja na forma catiônica A cisplatina é um exemplo de um agente complexo neutro que em meio fi siológico libera um de seus cloretos formando um complexo carregado positiva mente o que o torna muito citotóxico pela habilidade de ligação covalente ao DNA Outra forma conhecida é a intercalação Os chamados grupos intercaladores se ligam ao DNA através de uma inserção de grupos planares poliaromáticos entre as bases nitrogenadas Vários complexos apresentam esta habilidade a exemplo dos compostos que apresentam gru pos poliaromáticos como a acridina ou o pireno O DNA e o RNA armazenam e tornam a informação genética disponível às células Com re lação a isso algumas considerações importantes são A informação genética deve ser armazenada em uma forma estável A informação deve ser decodifi cada para ser utilizada A transcrição é o processo pelo qual as sequências no DNA são copiadas em RNA sendo possível ocorrer a síntese de proteína tradução A informação deve ser acessível às proteínas e outros ácidos nucleicos Os descendentes de um organismo devem conter o mesmo conjunto de informações que os seus ancestrais Assim o DNA é replicado e cada célula fi lha e recebe a mesma informação DNA 53 O ácido desoxirribonucleico DNA é um composto orgânico cujas moléculas contêm as instruções genéticas que coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos e alguns vírus e que transmitem as características hereditárias de cada ser vivo A sua principal função é armazenar as informações necessárias para a construção das proteínas Os segmentos de DNA que contêm a informação genética são denominados genes O restante da sequência de DNA tem importância estrutural ou está envolvido na regulação do uso da informação genética BIOQUÍMICA GERAL 117 CURIOSIDADE A estrutura da molécula de DNA foi descoberta conjuntamente pelo norteameri cano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de março de 1953 o que lhes valeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962 juntamente com Maurice Wilkins cano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de março de 1953 o que cano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de março de 1953 o que A estrutura da molécula de DNA foi descoberta conjuntamente pelo norteameri cano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de março de 1953 o que lhes valeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962 juntamente com A estrutura da molécula de DNA foi descoberta conjuntamente pelo norteameri cano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de março de 1953 o que cano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de março de 1953 o que cano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de março de 1953 o que lhes valeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962 juntamente com cano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de março de 1953 o que lhes valeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962 juntamente com lhes valeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962 juntamente com lhes valeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962 juntamente com Do ponto de vista químico o DNA é um longo polímero de unidades simples monômeros de nucleotídeos cuja cadeia principal é formada por moléculas de açúcares e fosfato intercala dos e unidos por ligações fosfodiéster Ligada à molécula de açúcar está uma de quatro bases nitrogenadas A sequência de bases ao longo da molécula de DNA constitui a informação gené tica A leitura destas sequências é feita por intermédio do código genético que especifi ca a se quência linear dos aminoácidos das proteínas A tradução é feita por um RNA mensageiro que copia parte da cadeia de DNA por um processo chamado transcrição sendo que posterior mente a informação contida nele é traduzida em proteínas pela tradução Embora a maioria do RNA produzido seja usado na síntese de proteínas algum RNA tem função estrutural como por exemplo o RNA ribossômico que faz parte da constituição dos ribossomos Dentro da célula o DNA pode ser observado numa estrutura chamada cromossomo du rante a metáfase O conjunto de cromossomos de uma célula forma o cariótipo Antes da di visão celular os cromossomos são duplicados por meio de um processo chamado replicação Eucariontes como animais plantas fungos e protozoários têm o seu DNA dentro do núcleo enquanto procariontes como as bactérias o apresentam disperso no citoplasma Dentro dos cromossomos proteínas da cromatina como as histonas compactam e organizam o DNA Estas estruturas compactas guiam as interações entre o DNA e outras proteínas ajudando a controlar quais partes do DNA são transcritas Introdução 531 A importância da descoberta do DNA uma das mais importantes da história reside no fato do DNA de cada célula conter toda a informação genética para as características e funções dela Com o rápido desenvolvimento científi co e tecnológico diversos aspectos da sociedade moderna estão sendo afetados O conceito de que a informação genética das células e dos or ganismos que determina as características de cada ser vivo está contida no DNA é bem aceito atualmente Um grande número de pesquisadores contribuiu para a descoberta da função desta estrutura BIOQUÍMICA GERAL 118 Composição 532 Estudos da década de 1950 demonstraram que as quatro bases nucleotídicas do DNA eram encontradas em proporções diferentes nos DNAs de organismos diferentes e que as quanti dades de certas bases estavam relacionadas Estes dados fi caram conhecidos com regras de Chargaff em homenagem ao pesquisador Erwin Chargaff que desenvolveu o primeiro mé todo quantitativo para análise da composição do DNA Entre as conclusões mais importantes estão as seguintes A composição das bases varia entre as espécies Amostras de DNA de diferentes tecidos da mesma espécie têm a mesma composição de bases A composição de bases de determinada espécie não é alterada por fatores como idade estado nutricional ou mudança de ambiente O DNA apresenta um número de resíduos de adenina igual ao de timina A T e um nú mero de resíduos de guanina igual ao de citosina G C Estrutura tridimensional 533 O modelo tridimensional da estrutura do DNA foi postulado em 1953 pelos pesquisado res Watson Crick e considerava todos os dados disponíveis naquela época O modelo consiste em duas cadeias de DNA helicoidais enroladas em torno do mesmo eixo para formar uma duplahélice de orientação à direita Os esqueletos hidrofílicos de grupos ESCLARECIMENTO O DNA é o carregador da informação genética Muitos anos se passaram desde que as leis da hereditariedade foram descobertas até a função biológica do DNA ser elucidada Ainda hoje muitos detalhes sobre o modo com que a informação genética é expressa e transmitida permanecem desconhecidos que as leis da hereditariedade foram descobertas até a função biológica do DNA que as leis da hereditariedade foram descobertas até a função biológica do DNA O DNA é o carregador da informação genética Muitos anos se passaram desde que as leis da hereditariedade foram descobertas até a função biológica do DNA ser elucidada Ainda hoje muitos detalhes sobre o modo com que a informação O DNA é o carregador da informação genética Muitos anos se passaram desde que as leis da hereditariedade foram descobertas até a função biológica do DNA que as leis da hereditariedade foram descobertas até a função biológica do DNA que as leis da hereditariedade foram descobertas até a função biológica do DNA ser elucidada Ainda hoje muitos detalhes sobre o modo com que a informação que as leis da hereditariedade foram descobertas até a função biológica do DNA ser elucidada Ainda hoje muitos detalhes sobre o modo com que a informação ser elucidada Ainda hoje muitos detalhes sobre o modo com que a informação ser elucidada Ainda hoje muitos detalhes sobre o modo com que a informação Os primeiros estudos indicavam os genes como as únicas entidades que pareciam ser com plexas o sufi ciente para atuarem como agentes de herança Na década de 1950 novos ex perimentos demonstraram que o DNA era a substância que transformava uma linhagem de Diplococcus pneumoniae não patogênica em uma linhagem patogênica E a partir disso outros estudos conduziram aos modelos de estrutura e função do DNA BIOQUÍMICA GERAL 119 fosfato e desoxirribose alternados estão no lado de fora da duplahélice orientados para a água circundante O anel furanosídico de cada desoxirribose está na conformação C2endo As bases pirimídicas e púricas das duas fi tas estão empilhadas dentro da duplahélice com suas estruturas hidrofóbicas em forma de anel e quase planares muito perto uma da outra e per pendiculares ao eixo longitudinal O pareamento perfeito das duas fi tas cria um sulco maior e um sulco menor na superfície do duplex Cada base nucleotídica de uma fi ta está pareada no mesmo plano com a base da outra fi ta Fig 5 Figura 5 Modelo de WatsonCrick para a estrutura do DNA Em a uma representação esquemática Em b o esqueleto e empilha mento de bases Fonte NELSON COX 2014 Adaptado Quando este modelo foi construído uma orientação antiparalela ou seja com as ligações fosfodiéster 35 seguindo em sentidos opostos produziu o modelo mais convincente Estudos posteriores por análise de raios X comprovaram este achado As duas sequências polinucleotídicas antiparalelas da duplahélice de DNA não são idênti cas mas sim complementares Sempre que a adenina está presente em uma cadeia a timina é encontrada na outra Da mesma forma sempre que a guanina está presente em uma cadeia a citosina é encontrada na outra PAUSA PARA REFLETIR Por que a estrutura de Watson Crick é conhecida como forma B do DNA ou BDNA Outras variantes estruturais são as formas A e Z Em que elas diferem da estrutura original B Sulco maior A Sulco menor BIOQUÍMICA GERAL 120 As bases de uma fita de DNA são pareadas com as bases da segunda fita de maneira que a adenina é sempre pareada com a timina e a citosina é sempre pareada com a guanina Sendo assim uma cadeia polinucleotídica da duplahélice de DNA é sempre o complemento da outra Quando é conhecida a sequência de bases de uma cadeia a sequência de bases da cadeia complementar pode ser determinada Cabe ressaltar que existem dois tipos de sulcos na superfície da dupla hélice um com 22 Å denominado sulco maior e um com 12 Å designado como sulco menor A principal função dos sulcos do DNA é fornecer a infor mação acerca das bases que se encontram ligadas numa determinada região da dupla cadeia sem necessidade de abertura O sulco maior oferece maior acessibilidade para ligação com proteínas do que o sulco menor O DNA pode ser torcido em um processo denominado superenrolamento No estado re laxado do DNA uma fita normalmente dá uma volta completa ao eixo da dupla hélice a cada 104 pares de base mas se o DNA está torcido as cadeias ficam mais ou menos enroladas Se o DNA está torcido na direção da hélice é denominado um superenrolamento positivo e as ba ses estão unidas mais firmemente Já o superenrolamento negativo referese a uma torção na direção oposta resultando num afrouxamento das bases Na natureza o DNA apresenta um ligeiro superenrolamento negativo causado pela ação da enzima topoisomerase Esta enzima também é necessária para aliviar o estresse de torção causado no DNA durante os processos de transcrição e replicação Cabe ressaltar que nas extremidades dos cromossomos lineares estão zonas especializa das do DNA chamadas telômeros A função principal destas regiões é permitir que a célula replique as extremidades do cromossomo usando a enzima telomerase visto que enzimas que permitem replicar DNA normalmente não conseguem copiar as extremidades 3 dos cro mossomos Estas tampas de cromossomo especializadas também ajudam a proteger as ex tremidades do DNA e evitam que o sistema de reparação de DNA elimine estas regiões como erros que precisam de ser corrigidos Em células humanas os telômeros têm normalmente vários milhares de repetições de uma sequência simples TTAGGG BIOQUÍMICA GERAL 121 Estas sequências ricas em guanina po dem estabilizar as extremidades dos cromos somos formando estruturas de unidades de quatro bases empilhadas ao invés dos pares de base usuais encontrados em outras molé culas de DNA Quatro bases de guanina for mam uma placa chata e depois estas unida des chatas de quatro bases empilhamse no topo umas das outras para formarem estruturas quadrúplexG estáveis Estas estruturas são estabilizadas por pontes de hidrogénio entre as margens das bases e por quelação de um íon metálico no centro de cada unidade de quatro bases Outras estruturas podem também ser formadas com o conjunto central de quatro bases provenientes de uma cadeia simples enro lada à volta das bases ou de diversas cadeias paralelas cada uma contribuindo com uma base para a estrutura central Propriedades e funções 534 Os aspectos importantes do modelo de estrutura do DNA são mantidos por evidências quí micas e biológicas O modelo ainda sugere um mecanismo para a transmissão da informação genética principalmente pelo aspecto de complementaridade das duas cadeias A estrutura pode ser replicada através da separação das duas cadeias e síntese de uma cadeia comple mentar a cada uma delas Cada cadeia preexistente funciona como molde para direcionar a síntese de uma cadeia complementar Estes achados tiveram um marco especial na compreen são da hereditariedade biológica Como repositório de informação genética o DNA ocupa um lugar único entre as moléculas biológicas As sequências de nucleotídeos de DNA codifi cam as estruturas primárias de todos os RNAs e proteínas celulares e por meio de enzimas afetam indiretamente a síntese de todos os outros constituintes celulares A passagem de informação do DNA para o RNA e às proteí nas orienta o tamanho a forma e o funcionamento de todos os seres vivos PAUSA PARA REFLETIR O que é uma sequência senso e antissenso no DNA O metabolismo do DNA exige precisão A formação de uma ligação covalente entre duas unidades monoméricas é apenas uma parte deste complexo processo bioquímico É necessá BIOQUÍMICA GERAL 122 rio que o nucleotídeo correto seja adicionado e que a informação genética seja transmitida de forma intacta Erros não corrigidos durante a síntese do DNA podem apresentar consequên cias muito negativas visto que podem afetar ou eliminar a função de um gene RNA 54 Em 1957 Elliot Volkin e Lawrence Astrachan fi zeram uma observação signifi cativa Eles des cobriram que uma das mais marcantes mudanças quando a E coli é infectada pelo fago T2 é um rápido surto de síntese de RNA Além disso este RNA induzido por fago renovase ra pidamente isto é seu tempo de vida é curto O seu rápido aparecimento e desaparecimento sugeriu que o RNA poderia ter algum papel na expressão do genoma de T2 necessário para fazer mais partículas de vírus Volkin e Astrachan demonstraram a rápida renovação do RNA usando um protocolo chama do de experimento de pulsocaça Para fazer um experimento de pulsocaça as bactérias in fectadas são primeiro alimentadas pulsadas com uracil radioativa Qualquer RNA sintetizado nas bactérias a partir daí está marcado com uracil radioativa prontamente detectável Após um curto período de incubação a uracil radioativa é removida e substituída caçada por uracil não é radioativa Este procedimento caça a remoção de marcação do RNA porque à medida que o RNA se degrada apenas os precursores não marcados estão disponíveis para sintetizar novas moléculas de RNA O RNA recuperado logo após o pulso está marcado mas o recupera do logo após o pulso indica que o RNA tem um tempo de vida muito curto Um experimento similar pode ser feito com células eucarióticas As células são primeiro pul sadas com uracil radioativa para um meio com uracil não marcada Nas amostras colhidas após o pulso a maior parte da marcação está no nú cleo Nas amostras obtidas após a caça o RNA marcado é encontrado no citoplasma Aparen temente em eucariontes o RNA é sintetizado no núcleo e então movese para o citoplasma onde são feitas as proteínas Assim o RNA é um bom candidato para intermediário da transfe rência de informação entre o DNA e a proteína O ácido ribonucleico ou RNA é uma molé cula polimérica linear formada por unidades de BIOQUÍMICA GERAL 123 Introdução 541 O plano genético geral de um organismo está contido na sequência de desoxirribonu cleotídeos de seu DNA No entanto é por meio do RNA que o plano geral é expresso O processo de cópia durante o qual a fi ta de DNA serve de matriz para a síntese de RNA é chamado de transcrição A transcrição produz RNA mensageiros traduzidos em sequên cias de aminoácidos e outras moléculas adicionais O produto fi nal da expressão gênica portanto pode ser RNA ou proteína de acordo com o gene Muitos transcritos de RNA inicialmente cópias fi éis de uma das duas fi tas de DNA podem sofrer várias modifi cações como adições terminais modifi cações nas bases hidrólise de extremidades e remoção de segmentos internos Essas modifi cações podem transformar o transcrito primário inativo em uma molécula funcional O RNA difere do DNA em vários aspectos como por exemplo são menores do que o DNA contêm ribose e não desoxirribose uracila em vez de timina e existem em forma de fi tas únicas capazes de dobraremse em estruturas complexas DNAs de fi ta simples são raros ocorrendo principalmente como material genético de certos vírus Ao contrário o RNA ocorre principalmente como fi ta simples em geral for mando estruturas compactas ao invés de cadeias frouxas estendidas Uma fi ta de RNA idêntica a uma fi ta de DNA exceto pela presença de grupos 2OH e pela substituição da timina por uracila pode parear com uma fi ta complementar de RNA ou DNA O parea mento das bases com frequência é intramolecular formando estruturas de grampo como indicado na Fig 6 nucleotídeos Intervém em várias funções biológicas importantes como a codifi cação genética e a descodifi cação durante a tradução de proteínas regulação e expressão dos genes É uma das macromoléculas essenciais para a vida em conjunto com o DNA as proteínas os lípideos e os carboidratos Tal como o DNA o RNA é formado por uma cadeia de nucleotídeos mas diferente mente do DNA que forma uma dupla hélice bicatenária a maioria dos RNAs são monocatenários embora possam dobrarse sobre si mesmos Algumas moléculas de RNA desempenham um papel muito ativo nas células uma vez que podem catalisar reações biológicas controlar a expressão génica ou perceber e comunicar respostas a sinais celulares Um destes processos é a síntese de proteínas uma função univer sal fundamental na qual intervêm vários tipos de RNA Muitos vírus codifi cam a sua informa ção genética em um genoma de RNA BIOQUÍMICA GERAL 124 Figura 6 Formação de uma estrutura de grampo O polinucleotídeo dobra sobre si mesmo Fonte VOET 2014 Adaptado Classifi cação 542 Três tipos de RNA participam do processo de síntese proteica São eles o RNA ribossomal RNAr o RNA transportador RNAt e o RNA mensageiro RNAm Diferem entre si em tama nho função e modifi cações estruturais especiais São moléculas poliméricas não ramifi cadas compostas de nucleosídeos monofosfatados unidos por ligações fosfodiéster Totalizando 80 do RNA total da célula os RNAr são encontrados em associação a várias pro teínas como componentes dos ribossomos que são as estruturas envolvidas na síntese proteica Os RNAt são os menores entre os três tipos principais de moléculas de RNA e correspondem a aproximadamente 15 do RNA total da célula As moléculas de RNAt contêm alta porcentagem de bases incomuns por exemplo dihidrouracila e possuem muitos pareamentos de bases in tracadeia que levam a estruturas secundárias e terciárias características Eles transportam um aminoácido específi co para o sítio de síntese proteica e reconhecem a sequência do código ge nético em um RNAm que especifi ca a adição do aminoácido à cadeia peptídica em crescimento Os RNAm correspondem a 5 do RNA celular É o tipo mais heterogêneo em tamanho e se quência de bases A principal função do RNAm é levar a informação genética do DNA nuclear para o citosol onde é usado como matriz para a síntese proteica O RNAm dos procariotos car rega informação referente a mais de um gene e é chamado de policistrônico Já o RNAm dos eucariotos carrega informação de apenas um gene e é chamado de monocistrônico BIOQUÍMICA GERAL 125 Estrutura tridimensional 543 A estrutura do RNA é estabilizada pelas mesmas forças que estabilizam o DNA e sua fl e xibilidade conformacional é limitada por muitas características que também limitam a confor mação do DNA O RNA pode ser mais rígido do que o DNA devido à presença de um número maior de moléculas de água que formam ligações de hidrogênio com os grupos 2OH do RNA A cadeia simples do RNA tende a assumir a conformação helicoidal à direita dominada por interações de empilhamento de bases as quais são mais fortes entre duas purinas do que entre uma purina e uma pirimidina ou entre duas pirimidinas Fig 7 O RNA pode fazer parea mento de bases com regiões complementares de RNA ou DNA O pareamento de bases é igual ao padrão para DNA G pareia com C e A pareia com U ou ocasionalmente com T em alguns RNAs Uma diferença a ser destacada é que o pareamento de bases entre resíduos de G e U incomum no DNA é permitido no RNA quando sequências complementares nas duas cadeias simples de RNA pareiam uma com a outra Figura 7 Padrão típico de empilhamento de RNA fi ta simples Fonte NELSON 2014 Adaptado Quando duas cadeias de RNA com sequências complementares estão pareadas a estrutura predominante de cadeia dupla é uma duplahélice de forma A à direita As estruturas tridimen sionais de muitos RNAs como aquelas das proteínas são complexas Interações fracas como interações de empilhamento ajudam a estabilizar as estruturas de RNA assim como no DNA BIOQUÍMICA GERAL 126 Propriedades e funções 544 As estruturas complexas potencialmente adotas pelas moléculas de RNA de fi ta simples fornecem uma evidência adicional de que o RNA pode estar envolvido em mais processos do que no simples armazenamento e na transmissão da informação genética Estudos já demons traram que certas moléculas de RNA podem ligarse especifi camente a pequenas moléculas orgânicas e catalisar reações envolvendo essas moléculas Esses achados corroboram as teo rias que afi rmam que vários processos essenciais à vida começaram por meio da versatilidade química de pequenos polinucleotídeos Alguns tipos de RNA podem apresentar atividade catalítica e são chamados de ribozima Pelo menos nove tipos de RNA catalíticos que ocorrem naturalmente já foram descritos A maioria deles participa em aspectos do metabolismo do RNA como processo de retirada de íntrons trechos não codifi cantes de mRNA e o processamento hidrolítico de RNA A maior parte das atividades das ribozimas se baseia em duas reações fundamentais transesterifi cação e hidrólise da ligação fosfodiéster O substrato para as ribozimas é fre quentemente uma molécula de RNA e pode inclusive ser parte da própria ribozima Quando o substrato é o RNA o catalisador de RNA pode fazer uso de interações de pares de ba ses para alinhar o substrato para a reação In vitro moléculas de RNA podem catalisar algumas reações importantes para a própria produção como a síntese de ligações glico sídicas e a polimerização de nucleotídeos Essa versatilidade funcional levou à hipótese de que o RNA já realizou muitas atividades básicas no início da vida antes mesmo da evolução do DNA ou das proteínas Proposta de atividade Agora é a hora de pôr em prática tudo o você aprendeu nesse capítulo Os nucleotídeos apresentam várias funções no metabolismo celular atuam como moeda energética em tran sações metabólicas são ligações importantes nas respostas celulares são componentes es truturais de cofatores enzimáticos e intermediários metabólicosa além de serem constituintes do DNA e do RNA BIOQUÍMICA GERAL 127 Recapitulando Os nucleotídeos e os ácidos nucleicos são moléculas essenciais à vida sem eles não tería mos a capacidade de sobreviver e muito menos de deixar nossas características aos nossos descendentes Isso se deve a representação molecular denominada DNA e RNA Seguindo esse raciocínio vimos neste capítulo que um dos passos mais importantes na história da Biologia como um todo foi a descoberta de substâncias como os nucleotídeos e os ácidos nucleicos Iniciamos o capítulo discutindo sobre o conceito de nucleotídeos con templando estrutura composição propriedades e funções Posteriormente partimos para as discussões sobre os ácidos nucleicos e verificamos que eles são moléculas de elevada massa molecular que possuem um grupo fosfato açúcares e bases purínicas e pirimidínicas sendo portanto macromoléculas formadas por nucleotídeos Comentamos um pouco sobre a história e a descoberta dessas moléculas iniciando pelo DNA quando paramos para refletir sobre a razão pela qual as estruturas de Watson Crick se rem conhecidas como forma B do DNA ou BDNA e potencialmente as diferenças estruturais das formas A e Z Cabe ressaltar que a estrutura de Watson Crick é conhecida como forma B do DNA ou BDNA Esta é a estrutura mais estável para uma molécula de sequência aleató ria sob condições fisiológicas sendo o ponto de referência para estudos das propriedades do DNA Outras variantes estruturais são as formas A e Z Elas diferem da estrutura padrão em alguns parâmetros como organização e orientação da hélice número de pares de bases e tor ção da hélice por volta helicoidal e conformação da ligação glicosídica Nesse mesmo consen so discutimos a fita de DNA e surgiu o questionamento da segunda pausa para refletir sobre o que é uma sequência senso e antissenso no DNA Uma sequência de DNA é chamada de senso se possui a mesma sequência do RNAm A cadeia oposta complementar à cadeia senso é denominada sequência antissenso Como a RNA polimerase sintetiza um RNA que é complementar à fita molde podemos dizer que ela utiliza a cadeia antissenso como molde para produzir um RNA As sequências senso e antissen so podem existir em diferentes partes da mesma cadeia de DNA que pode ser de um lado ou do outro dependendo de onde se encontra a sequência codificadora Às vezes não é possível dizer qual é a cadeia senso ou antissenso Isto acontece devido à existência de genes que se Aponte quais são as bases nitrogenadas e relacioneas com o DNA e o RNA Além disso elabore um quadro com as principais diferenças entre DNA e RNA considerando estrutura tridimensional tipo de açúcar e principais funções Para a realização da atividade considere as leituras básicas e complementares realizadas BIOQUÍMICA GERAL 128 sobrepõem Neste caso ambas as cadeias dão origem a um RNA Nas bactérias a sobreposi ção pode estar envolvida com a regulação da transcrição Depois seguimos nossas discussões para o RNA o ácido ribonucleico que é uma molécula polimérica linear formada por unidades de nucleotídeos Ele intervém em várias funções bioló gicas importantes como a codificação genética e a descodificação durante a tradução de proteí nas regulação e expressão dos genes Por fim abordamos as propriedades e funções do RNA BIOQUÍMICA GERAL 129 Referências bibliográficas CAMARGO T P Desenvolvimento de complexos heterobinucleares de Fe IIZnII a partir de ligantes contendo o grupo pireno para estudo de interação com ésteres de fosfato e ácidos nucleicos Tese de Doutorado Florianópolis 2013 Disponível em httpsrepositorio ufscbrbitstreamhandle123456789122699pdf Acesso em 04 set 2018 CAMPBELL M K Bioquímica 3 ed Porto Alegre Artmed 2000 CAMPBELL M K FARRELL S O Bioquímica combo 5 ed São Paulo Thomson Cengage Learning 2007 David LN Cox MM Princípios de bioquímica de Lehninger 6 ed Porto Alegre Artmed 2014 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 v 1 Célula e hereditariedade SILVERTHORN D U Fisiologia humana uma abordagem integrada 5 ed Porto Alegre Artmed 2010 SMITH C MARKS A D LIEBERMAN M Bioquímica Médica Básica de Marks uma aborda gem clínica 2 ed Porto Alegre Artmed 2007 THIEMANN O H A descoberta da estrutura do DNA de Mendel a Watson e Crick Química Nova na Escola n 17 Mai 2003 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 4 ed Porto Alegre Artmed 2014 BIOQUÍMICA GERAL 130 Objetivos do capítulo Compreender as diferenças químicas e funcionais entre as classes de lipídios presentes biologicamente Entender os papéis cruciais dos lipídios nos sistemas biológicos LIPÍDIOS NÃO SAPONIFICÁVEIS Introdução Propriedades e importância Esteróis e esteroides Terpenos e terpenóides LIPÍDIOS SAPONIFICÁVEIS Introdução Triacilgliceróis Ceras Lipídios de membrana LIPÍDIOS BIOLOGICAMENTE ATIVOS Introdução Mensageiros e sinais Cofatores enzimáticos Pigmentos TÓPICOS DE ESTUDO LIPÍDES GORDURAS OU LIPÍDIOS Introdução Fontes de lipídios Propriedades e funções Estrutura química e classifi cação BIOQUÍMICA GERAL 131 A gordura ganhou status de vilã nos últimos tempos Eliminála da rotina alimentar e do corpo tem sido o objetivo principal de diversas dietas e de atividades físicas da moda que conquistam um número cada vez maior de adeptos Mas o que pouco se fala é da importância que a gordura tem para a saúde Nesse caso mais do que nun ca vale a frase tudo em exagero faz mal mas em doses equilibradas as gorduras são extremamente benéfi cas Não por acaso os lipídios estão entre os nutrientes es senciais para o nosso corpo Mas o que de fato são os lipídios e qual a sua importância em nosso organismo Contextualizando o cenário BIOQUÍMICA GERAL 132 Lipídios 6 Dentre os principais marcos históricos de descobertas relacionadas a lipídios destacase o estabelecimento do modelo de membrana celular Em 1924 Frick determinou a espessura da membrana celular através de experimentos de medida da capacitância de soluções de eritró citos Gorter e Grandel realizaram experimentos de extração lipídica a partir das membranas celulares e foram capazes de observar a formação de monocamadas O modelo de mosaico fl uido atualmente conhecido foi proposto por Singer e Nicolson em 1972 Além disso outro marco histórico relacionado à história dos lipídeos em geral consiste na realização de um Congresso Internacional de Bioquímica em 1922 em que estabeleceuse que os ésteres que por hidrólise fornecem ácidos carboxílicos superiores ácidos graxos seriam enquadrados num grupo geral os lipídios ou lípides do grego lipo gordura Lipídes gorduras ou lipídios 61 Os lipídios são um amplo grupo de compostos químicos orgânicos naturais que constituem um dos principais componentes dos seres vivos São formados principalmente por carbono hidrogênio e oxigênio apesar de também poder conter fósforo nitrogênio e enxofre entre os quais se incluem gorduras ceras esteróis vitaminas lipossolúveis como as vitaminas A D E e K fosfolipídios entre outros Alguns lípidos são moléculas lineares ou curvadas e outros são compostos cíclicos Podem defi nirse em linhas gerais como moléculas relativamente pequenas hidrófobas ou anfi páti cas As hidrófobas podem dissolverse em solventes apolares As anfi páticas apresentam uma parte polar e outra não polar e podem dissolver no meio aquoso estruturas como vesículas lipossomas ou membranas Os lipídios são geralmente incolores un tuosos ao tato pouco consistentes e apre sentam densidade menor do que a da água na qual são insolúveis porém emulsionáveis São pouco solúveis em etanol a frio mas so lúveis a quente Além disso dissolvemse em sulfeto de carbono clorofórmio éter etílico acetona benzeno gasolina e outros solventes orgânicos No papel deixam manchas gordu rosas e translúcidas que não desaparecem BIOQUÍMICA GERAL 133 Introdução 611 Os lipídios também chamados de lípides e gorduras são um grupo de biomoléculas com postas principalmente por carbono hidrogênio e oxigênio podendo ter outros elementos como o fósforo Apresentam estrutura química variável e funções diversifi cadas nos organis mos vivos estando presentes neles ou sendo obtidos deles Têm como característica comum a insolubilidade em água Fontes de lipídios 612 Os lipídios são constituintes dos seres vivos e suas principais fontes alimentares são de origem animal e vegetal Como fornecem calorias na dieta devem ser consumidos de maneira equilibrada Alimentos de origem animal que são fontes lipídicas incluem o leite a manteiga os ovos os peixes e as carnes vermelhas Já entre os vegetais desta camse o abacate o coco a soja a canola o azeite de oliva e as oleaginosas nozes cas tanhas amêndoas gergelim como fonte de lipídios com o calor Não são destiláveis por aquecimento nem em baixa pressão e decompõemse pelo aquecimento Como as gorduras são usadas em processo de frituras seguidamente realizadas em reci pientes abertos em temperatura elevada 180 200 C há o contato direto com o ar Tais con dições propiciam modifi cações físicoquímicas nos óleos como a termooxidação e a rancifi ca ção algumas das quais são perceptíveis pelo próprio escurecimento das gorduras o aumento da viscosidade a formação de espuma e produção de fumaça Essas transformações afetam o sabor que a fritura confere aos produtos fritos mas também produzem efeitos tóxicos como irritação gastrointestinal inibição de enzimas destruição de vitaminas e carcinogênese quan do há ingestão contínua e prolongada de produtos alterados quimicamente e rancifi cados Propriedades e funções 613 Os lipídios são caracterizados quimicamente por sua baixa solubilidade em água e em solventes polares e alta solubilidade em solventes orgânicos apolares como álcool éter clo rofórmio e acetona Os lipídios são chamados de óleos se líquidos à temperatura de 20ºC e de gorduras se sólidos na mesma temperatura Podem ainda ser chamados de azeites quando têm origem BIOQUÍMICA GERAL 134 ESCLARECIMENTO Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan do degradada é o triacilglicerol ou triglicerídeo que é constituído por uma molécula de glicerol ligada a três ácidos graxos Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan do degradada é o triacilglicerol ou triglicerídeo que é constituído por uma molécula Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan do degradada é o triacilglicerol ou triglicerídeo que é constituído por uma molécula Nos mamíferos a principal molécula lipídica com capacidade de gerar energia quan do degradada é o triacilglicerol ou triglicerídeo que é constituído por uma molécula do degradada é o triacilglicerol ou triglicerídeo que é constituído por uma molécula do degradada é o triacilglicerol ou triglicerídeo que é constituído por uma molécula do degradada é o triacilglicerol ou triglicerídeo que é constituído por uma molécula na polpa de frutos como é o caso do azeite de oliva e de dendê ou de manteigas como alguns lipídios de origem vegetal a exemplo do cacau e de karité Óleos e gorduras podem atuar como mo léculas de reserva de energia em vegetais e animais Esses lipídios de armazenamento possuem duas características que os tornam moléculas extremamente vantajosas a serem utilizadas como reserva de energia A primei ra é a sua hidrofobicidade pois quando a célula armazena lipídio em seu interior essa molécula não carrega água de solvatação como aconteceria com uma molécula solúvel em água Dessa forma as células que armazenam lipídios não carregam um peso extra da água de hidratação A segunda característica dos lipídios está relacionada à sua grande capacidade de gerar energia quando degradados Cada grama de lipídio metabolizado gera 9 kcal de energia diferentemente dos carboidratos que geram 4 kcal durante sua degradação Além de lipídios de armazenamento substâncias lipídicas como fosfolipídios e esteróis são constituintes da estrutura de membranas biológicas Outros lipídios são cofatores enzimáti cos transportadores de elétrons precursores de ácidos biliares hormônios fontes e veícu los de vitaminas lipossolúveis A D E e K agentes emulsifi cantes mensageiros intracelulares prostaglandinas tromboxanas leucotrienos pigmentos absortivos de radiações luminosas lubrifi cantes e isolantes térmicos Estrutura química e classifi cação 614 Existem diferentes formas de classifi cação dos lipídios sendo que a mais utilizada os dife rencia em relação a sua função biológica Os lipídios que possuem função estrutural como BIOQUÍMICA GERAL 135 Lipídios saponifi cáveis 62 Os lipídios com ácidos graxos em sua composição são saponifi cáveis pois reagem com bases formando sabões São as biomoléculas mais energéticas fornecendo acetilcoA para o ciclo de Krebs Como exemplo podemos citar os acilglicerois os fosfolipídios e os glicolipídios Os lipídios que não contêm ácidos graxos não são saponifi cáveis As vitaminas lipossolú veis e o colesterol são os principais representantes destes lipídios que não são energéticos porém desempenham funções fundamentais no metabolismo PAUSA PARA REFLETIR Os lipídios são insolúveis em água Como essa propriedade química é importante no ambiente celular Introdução 621 A principal característica dos lipídios sa ponifi cáveis é a presença de ácidos graxos em sua estrutura Os ácidos graxos são áci dos carboxílicos que contêm no mínimo quatro carbonos e no máximo 36 carbo nos São formados de uma cadeia hidro carbônica porção apolar ligada a um gru pamento carboxila COOH porção polar Podemos representálos de acordo com a demonstração da Fig 1 os fosfolipídios constituintes das membranas biológicas são denominados lipídios estruturais ou funcionais enquanto aqueles utilizados como reservas energéticas como os triglicerídeos são chamados lipídios de armazenamento Também podemos classifi car os lipídios de acordo com a presença ou não de ácidos graxos na estrutura lipídica os que possuem ácido graxo são chamados saponifi cáveis por reagirem com bases fortes em meio alcoólico formando sabão e aqueles que não possuem ácido graxo são conhecidos como não saponifi cáveis BIOQUÍMICA GERAL 136 Figura 1Representação esquemática dos lipídios saponificáveis a representa a fórmula geral dos ácidos graxos b representa a forma molecular dos ácidos graxos c representa a forma molecular com destaque na porção polar e apolar Observe que em b e c os carbonos são representados em cada ponta do ziguezague totalizando 14C em cada uma delas A carboxila presente nessas estruturas possui característica hidrossolúvel ou seja é hidro fílica ou polar e a cadeia carbônica é hidrofóbica lipofílica ou apolar sendo os ácidos graxos desta forma moléculas anfipáticas Em pH fisiológico o grupo carboxila está ionizado na for ma carregada COO pKCOOH 48 Normalmente a cadeia carbônica é linear e os ácidos graxos podem ser classificados de diferentes formas quanto ao tipo de ligação entre os átomos de carbono com relação ao ta manho da cadeia e também de acordo com sua necessidade na dieta Os ácidos graxos que contêm apenas ligações simples entre seus carbonos são denomi nados ácidos graxos saturados ao passo que se existir pelo menos uma ligação dupla são denominados ácidos graxos insaturados Caso existam duas ou mais ligações duplas o ácido graxo é classificado como poliinsaturado Outro dado importante além da presença de duplas ligações é sua configuração cis ou trans Essa configuração está relacionada à posição espacial dos átomos de hidrogênio ao re CH3 CH2n COOH H3C Porção polar Porção polar O OH A B C BIOQUÍMICA GERAL 137 dor da dupla ligação se estão do mesmo lado na estrutura espacial a dupla ligação é do tipo cis caso estejam em lados opostos a dupla ligação possui confi guração trans A maior parte dos ácidos graxos naturais é do tipo cis A Fig 2 mostra dois exemplos de ácidos graxos o olei co com confi guração cis e o elaídico com confi guração trans Perceba na Fig 2 que as duplas ligações em ambos os ácidos graxos estão entre os carbonos 9 e 10 Figura 2 Confi gurações cis e trans Fonte MURRAY et al 2013 Adaptado CURIOSIDADE Gorduras trans são ácidos graxos insaturados que possuem dupla ligação com confi guração trans São produzidos geralmente pela indústria e o consumo acima do recomendado provoca aumento dos níveis da lipoproteína LDL importante fator de risco para doenças cardiovasculares São produzidos geralmente pela indústria e o consumo acima são ácidos graxos insaturados que possuem dupla ligação com São produzidos geralmente pela indústria e o consumo acima São produzidos geralmente pela indústria e o consumo acima do recomendado provoca aumento dos níveis da lipoproteína LDL importante são ácidos graxos insaturados que possuem dupla ligação com São produzidos geralmente pela indústria e o consumo acima são ácidos graxos insaturados que possuem dupla ligação com São produzidos geralmente pela indústria e o consumo acima do recomendado provoca aumento dos níveis da lipoproteína LDL importante São produzidos geralmente pela indústria e o consumo acima 1 Forma cis ácido oleico 10 10 18 CH3 CH3 C C C C 9 9 110º 120º H H H H Forma trans ácido elaídico COO COO A presença da dupla ligação é essencial para determinar as propriedades físicas e químicas dos ácidos graxos Os ácidos graxos insaturados apresentam uma torção na cadeia carbônica decorren te do ângulo de ligação da dupla o que gera uma redução no valor dos pontos de fusão dos ácidos graxos Quanto mais insaturações menor o ponto de fusão Sendo assim os ácidos insaturados geralmente são líquidos em temperatura ambiente 25ºC Nos ácidos graxos saturados a ausência da dupla ligação aumenta o grau de interação entre as cadeias vizinhas fazendo com que o ponto de fusão dessas estruturas seja mais alto Portanto a 25ºC essas moléculas estão no estado sólido BIOQUÍMICA GERAL 138 Figura 3 Estrutura de ácidos graxos Fonte NELSON 2014 Adaptado Os ácidos graxos também podem ser classifi cados pelo tamanho de suas cadeias sendo que os carbonos são contados a partir do grupo carboxila Os ácidos graxos de cadeia curta contêm quatro a seis carbonos os de cadeia média têm entre sete e doze carbonos os de ca deia longa contêm entre treze e dezoito carbonos e os de cadeia muito longa possuem mais de dezoito carbonos Quanto maior o tamanho da cadeia maior a insolubilidade do ácido graxo e maior seu ponto de fusão A Fig 3 mostra o impacto da presença da dupla ligação sobre a estrutura do ácido graxo Perceba em b que a dupla ligação provoca uma dobra na estrutura ângulo de 30º importan te para evitar empacotamento dos ácidos graxos O O O O C C Grupo carboxila Cadeia hidrocarbônica A B PAUSA PARA REFLETIR A terceira forma de classificar um ácido graxo diz respeito a sua necessidade na dieta Nesse caso temos os essenciais e os não essenciais O que são os aminoácidos essencias e os não essenciais Quanto à nomenclatura dos ácidos graxos primeiramente é preciso contar o número de átomos de carbonos presentes na cadeia carbônica e depois localizar quais carbonos possuem duplas ligações Caso o ácido graxo não possua duplas ligações sua nomenclatura é represen tada pelo número de carbonos seguido pelo número zero separados por dois pontos Por exemplo um ácido graxo com 16 carbonos e sem dupla ligação seria representado como 160 BIOQUÍMICA GERAL 139 Figura 4 Nomenclatura dos ácidos graxos Fonte NELSON 2014 Adaptado Na maioria dos ácidos graxos a insaturação está localizada no C9 Devido à forma da síntese as ligações duplas não são conjugadas ou seja não são ligações simples e duplas alternadas e também o número de carbonos é par visto que ocorre condensação de duas unidades por vez durante a síntese Alguns exemplos de ácidos graxos saturados são ácido láurico mirístico palmítico esteári co araquídico e lignocérico Exemplos de insaturados são ácido palmitoleico oleico αlinolei co linolênico e araquidônico Raramente os ácidos graxos ocorrem de forma livre Normalmente estão presentes em triacil gliceróis triglicerídeos ceras ou lipídios de membranas que veremos na sequência deste capítulo Já os ácidos graxos com duplas ligações são representados de maneira diferente número de carbonos seguido por dois pontos e pelo número de duplas ligações mais o símbolo Δ e a posição de cada dupla ligação Veja dois exemplos na Fig 4 O ácido graxo representado pela letra a está indicado da seguinte forma 181 Δ9 Isso signifi ca que ele possui 18 carbonos o número 1 indica que ele tem apenas uma dupla ligação seguido da letra grega delta Δ que mostra onde ela está posicionada ou seja o número 9 indica que está entre os carbonos 9 e 10 A fi gura b representa um ácido graxo 205 Δ58111417 ou seja ácido graxo com 20 car bonos e cinco duplas ligações com as suas devidas localizações Não se esqueça que o carbo no número 1 é sempre o carbono da carboxila 181 9 ácido cis9octadecenoico 205 58111417 ácido eicosapentaenoico EPA O O O O C C α 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 9 10 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 18 A B Triacilgliceróis 622 Os triacilgliceróis ou triglicerídios são os lipídios mais abundantes na natureza Formam os pólios vegetais e tecidos adiposos reserva energética Quimicamente são ésteres de ácidos BIOQUÍMICA GERAL 140 Figura 5 Estrutura do triacilglicerol 1estearoil2oleoil3linoleoilglicerol encontrado em azeite de oliva Fonte MCKENZIE KOCJ 2004 Observe que na estrutura há um ácido graxo saturado em R esteárico 180 e dois áci dos graxos insaturados R com uma ligação dupla oleico 181 e R com duas ligações du plas linoleico 182 A função principal de triacilgliceróis é atuar como reserva de energia Em animais eles são armazenados em grandes quantidades nas células chamadas adipócitos que estão distribuí das em diversas regiões do corpo Também podem atuar como isolantes térmicos e proteger os organismos contra impactos Quando há necessidade da mobilização de triacilgliceróis como fonte de energia pelos or ganismos as moléculas sofrem um processo de hidrólise por enzimas denominadas lipases Fig 6 com uso de três moléculas de água liberando o glicerol e três moléculas de ácidos graxos com o glicerol São formados a partir da reação das hidroxilas de uma molécula de glicerol com três ácidos graxos A ligação dos ácidos graxos à molécula de glicerol ocorre por meio de reações de esterificação com consequente formação de ligações éster Portanto as moléculas de triacilgliceróis são essencialmente apolares e hidrofóbicas com baixa solubilidade em água Estes triacilgliceróis podem ser simples com três ácidos graxos iguais mas na maioria das vezes são mistos ou seja formados por ácidos graxos diferentes Quanto aos ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados A nomenclatura dessas moléculas é realizada com a inserção do nome do ácido graxo e sua posição na molécula de glicerol Por exemplo 1estea roil2oleoil3linoleoilglicerol visto que esse triacilglicerol contém um resíduo do ácido graxo esteárico na posição 1 do resíduo do ácido oleico na posição 2 e do resíduo do ácido linoleico na posição 3 Perceba que a terminação ico é substituída por oil quando o ácido graxo é incor porado ao glicerol A Fig 5 ilustra essa estrutura Éster O O O O O O H2C H2C H2C R R R Esteárico R Oléico R Linoléico R BIOQUÍMICA GERAL 141 Figura 6 Hidrólise de triacilglicerol Fonte LASON et al 2010 Adaptado Além do processo enzimático de hidrólise que ocorre no nosso organismo os triacilgli ceróis podem ser hidrolisados em experimentos com o uso de ácidos em uma reação seme lhante à enzimática PAUSA PARA REFLETIR Quando os triacilgliceróis são submetidos à hidrólise alcalina na presença de bases fortes como NaOH ou KOH sob aquecimento ocorre a reação conhecida como saponifi cação Em termos químicos como ela ocorre graxos conforme mostra a Fig 6 Observe que são três ácidos graxos diferentes ligados ao glicerol onde a cadeia carbônica é mostrada como R1 R2 e R3 Ceras 623 Ceras são ésteres de ácidos graxos saturados e insaturados de cadeia longa 1436 carbonos com alcoóis monohidroxílicos de cadeia longa 1630 carbonos São mais insolúveis que os triacilgli ceróis têm consistência fi rme e apresentam função protetora formando uma película hidrofóbica que repele água Certas glândulas da pele de vertebrados produzem ceras que são secretadas e pro tegem os pêlos e a pele e em pássaros marinhos as ceras mantêm as penas impermeáveis à água Em certas plantas há uma grossa camada de cera para impedir evaporação excessiva de água e garantir proteção contra parasitas No plâncton as ceras são a forma de armazenamento de energia TRIACILGLICEROL GLICEROL ÁCIDOS GRAXOS LIPASE R2 R2 R1 R3 R1 H2C C O O C O O C O O C O O R3 H2C C O O C O O CH 3H CH2 OH CH2 OH HO HC 3H2O BIOQUÍMICA GERAL 142 Alguns exemplos incluem os constituintes da cera de abelha e de carnaúba e a lanolina lã de carneiro Veja na Fig 7 a estrutura do triacontanil palmitato o principal componente da cera de abelhas Lipídios de membrana 624 Os lipídios de membrana são compostos anfi páticos podendo ser fosfolipídios com um grupamento polar unido à porção hidrofóbica por meio de ligação fosfodiéster grupamento fosfato em sua estrutura ou glicolipídios que não têm fosfato mas um grupamento carboidra to na extremidade polar podendo este ser um açúcar simples ou um oligossacarídeo complexo Existem dois tipos de fosfolipídios aqueles formados por glicerol glicerofosfolipídios ou fosfoglicerídeos e aqueles formados por esfi ngosina esfi ngolipídios Os glicerofosfolipídios derivam do ácido fosfatídico e seu grupamento fosfato está ligado a uma molécula de álcool e a uma molécula de glicerol substituída com dois ácidos graxos ligações éster Esse grupamen to fosfato juntamente com o álcool confere a essa região da estrutura uma alta polaridade Alguns exemplos de glicerofosfolipídios são a fosfatidilcolina a fosfatidiletanolamina a fosfa tidilserina a fosfatidilinositol e fosfatidilglicerol cardiolipina Os esfi ngolipídios apresentam uma molécula de esfi ngosina aminoálcool de cadeia longa ou de seus derivados ligada a uma molécula de ácido graxo de cadeia longa e a um grupamen to polar por meio de ligação glicosídica ou fosfodiéster Os esfi ngolipídios derivam da ceramida e estão especialmente na face externa das membranas plasmáticas contendo um ou mais açúcares ligados na porção polar da ceramida As esfi ngomielinas são importantes represen tantes dessa classe sendo utilizadas como formadores das células que constituem as bainhas de mielina dos axônios no sistema nervoso central Portanto os fosfolipídios apresentam uma parte da molécula com característica apolar e outra porção representada pelo grupamento fosfato com característica polar Essa dupla ca Figura 7 Estrutura química de uma cera triacontanil palmitato CH3 CH2 CH228 CH3 CH214 C éster álcool ácido graxo ácido palmítico 1triacontanol O O BIOQUÍMICA GERAL 143 racterística dos fosfolipídios chamada de anfi pática é fundamental em uma molécula que participa da formação das membranas celulares A parte polar fi ca para os lados externo e interno da célula diretamente em contato com os meios extra e intracelular essencialmente aquosos A porção apolar por sua vez fi ca no lado interno da bicamada lipídica sem contato com o meio aquoso Os glicolipídios são os lipídios de membra na que apresentam açúcares em suas estru turas Podem ser divididos em galactolipídios sulfolipídios e glicoesfi ngolipídios Os galacto lipídios contêm resíduos de galactose ligados a uma molécula de glicerol substituída por dois ácidos graxos Se ao invés de galactose existir uma glicose sulfatada a denominação correta é sulfolipídio Os galactolipídios e os sulfolipí dios são abundantes nas células vegetais Nos glicoesfi ngolipídios a esfi ngosina está ligada a um ácido graxo e um monossacarídeo ou oligossacarídeo Entre os glicoesfi ngolipídios existem aqueles que contêm monossacarí deos em sua estrutura e são chamados de cerebrosídeos e globosídeos Os esfi ngolipídios que possuem oligossacarídeos em sua estrutura se chamam gangliosídeos Essas moléculas desempenham importantes funções como o reconhecimento celular e estão distribuídas nos tecidos neurais Lipídios não saponifi cáveis 63 Diferentemente dos lipídios saponifi cáveis os lipídios não saponifi cáveis não são combus tíveis usados como fonte de energia mas desempenham funções fundamentais no metabolis mo O representante mais conhecido desta categoria é o colesterol com grande importância para as células animais Introdução 631 Lipídios não saponifi cáveis são os lipídios que não apresentam ácidos graxos em sua es trutura e portanto não sofrem reação de saponifi cação Hormônios e vitaminas lipossolúveis são representantes desta classe de lipídios São moléculas abundantes em todos os seres vi vos mas os mais importantes têm origem animal como é o caso do colesterol BIOQUÍMICA GERAL 144 Propriedades e importância 632 O colesterol principal representante dos lipídios não saponifi cáveis está presente na cons tituição das membranas biológicas infl uenciando sua fl uidez sendo também precursor de várias moléculas como a vitamina D os hormônios sexuais progesterona testosterona es trogênios produzidos nas gônadas e placenta os mineralocorticóides que controlam a reab sorção renal de íons como sódio cloreto e bicarbonato os glicocorticóides envolvidos na re gulação da síntese de glicose a partir de precursores não glicídicos e na redução da resposta infl amatória o cortisol com papéis no metabolismo de suprimento de combustíveis para uma iminente demanda e também os sais biliares envolvidos na digestão de gorduras Outras substâncias lipídicas não saponifi cáveis são os carotenóides precursores também da vitamina A as vitaminas E e K óleos essenciais pigmentos e hormônios de plantas além de eicosanóides como prostaglandinas tromboxanas e leucotrienos As prostaglandinas estão relacionadas aos processos infl amatórios as tromboxanas à agregação plaquetária e os leu cotrienos com contração das vias aéreas que levam aos pulmões A vitamina A fornece o pigmento fotossensível do olho dos vertebrados e regula a expres são gênica no crescimento epitelial A vitamina D é precursora de um hormônio relacionado ao metabolismo do cálcio Já a vitamina E tem função antioxidante dos lipídios de membrana e a vitamina K está envolvida no processo de coagulação sanguínea Esteróis e esteroides 633 Os esteroides estão presentes na maioria dos eucariotos e são derivados de um núcleo co mum chamado ciclopentanoperhidrofenantreno ou núcleo esteroide Este é constituído por quatro anéis conjugados nomeados A B C e D A estrutura química do núcleo esteroide com a numeração dos átomos de carbono está indicada na Fig 8 Figura 8 Núcleo esteroide Fonte MURRAY et al 2013 Adaptado 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 A B C BIOQUÍMICA GERAL 145 Esse núcleo é derivado do isopreno e é um precursor comum de pigmentos algumas vita minas lipossolúveis hormônios e sais biliares além de ter papel de formador de membranas celulares Existem diversos tipos de esteroides sendo que nos vegetais o principal é o estig masterol nos fungos o ergosterol e nas células animais o colesterol A estrutura do colesterol é composta pelo núcleo esteroide formado por quatro anéis fun didos aos quais estão ligados uma cadeia lateral alquila apolar no carbono 17 e um grupo cabeça polar no carbono 3 Esse grupo cabeça representado por uma hidroxila possui um caráter polar que confere à molécula a capacidade de interagir com a água Entretanto o restante da molécula é essencialmente hidrofóbico Sendo assim o colesterol é anfi pático ou seja consegue interagir com a água e com compostos hidrofóbicos Na Fig 9 é possível obser var a estrutura do colesterol Figura 9 Estrutura do colesterol Fonte NELSON 2014 Adaptado ESCLARECIMENTO O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de síntese tendo como precursor o mevalonato e exógena através da dieta O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de síntese tendo como precursor o mevalonato e exógena através da dieta O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de O colesterol é um esteroide de grande importância para as células animais e pode ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de ser obtido de duas formas endógena através de uma via metabólica específi ca de 1 4 6 2 HO 3 5 10 9 19 7 8 11 12 17 15 16 20 23 25 27 26 24 22 13 14 Núcleo esteroide Cadeia lateral alquila Grupocabeça polar A B H C H H H H D 18 21 BIOQUÍMICA GERAL 146 A presença da molécula de colesterol nas membranas celulares oferece mais resistência ao tecido devido à rigidez estrutural conferida pela presença dos anéis benzênicos no núcleo esteroide O colesterol também é fundamental como precursor da síntese dos hormônios li pofílicos como os sexuais estrogênio progesterona e testosterona e também o cortisol e a aldosterona Além disso essa molécula é importante no processo digestório das gorduras da dieta pois atua como precursora para a síntese de ácidos biliares O colesterol pode ser encontrado no organismo de duas formas como colesterol livre com sua hidroxila livre e como éster de colesteril Na forma de éster a hidroxila do carbono 3 sofre uma reação de esterifi cação com um ácido graxo catalisada pela ação de duas enzimas a leci tina colesterol acil transferase LCAT presente no plasma ou da acilCoA colesterol acil trans ferase ACAT presente no interior das células A principal diferença entre essas duas formas é a solubilidade pois o éster de colesteril é muito mais lipossolúvel do que o colesterol livre que apresenta uma hidroxila polar Terpenos e terpenóides 634 Os terpenos também chamados de terpenoides são substâncias produzidas naturalmen te pelos vegetais principalmente pelas árvores coníferas Eles são a maior classe química de ativos vegetais sendo que existem mais de 30 mil tipos de terpenos descritos Alguns tipos são voláteis e pela sua fragrância agradável são muito encontrados em óleos essenciais Ainda não se tem certeza sobre sua função nas plantas mas sabese que muitas dessas árvores produzem terpenos voláteis a fi m de atrair ou afastar insetos de acordo com a conveniência biológica sendo usados como intermediários na polinização e na proteção dos vegetais Os terpenos mais amargos e menos voláteis ou tóxicos por exemplo protegem as plantas de serem comidas por certos animais Por outro lado alguns ti pos de terpenos podem ser utilizados para atrair insetos de modo que estes possam realizar a polinização Caracteristicamente são lipídios não sa ponificáveis que apresentam como unida de fundamental uma molécula de 5 carbo nos o isopreno BIOQUÍMICA GERAL 147 Os terpenos podem ser monoterpenos quando são formadas por 2 unidades terpênicas diterpenos se constituídos de 4 unidades terpênicas triterpenos quando têm 6 unidades ter pênicas e tetraterpenos no caso de possuirem 8 unidades terpênicas Alguns terpenos são componentes de óleos essenciais de plantas como o geraniol o limo neno o eugenol o mentol e a cânfora O βcaroteno é um terpeno superior muito importante uma vez que é o precursor da vitamina A Ele é um tetraterpeno com 40C Além da vitamina A as vitaminas D E e K são constituídas por unidades isoprênicas Lipídios biologicamente ativos 64 Os lipídios desempenham um papel muito mais importante no corpo do que se acreditava anteriormente No passado sabiase que os lipídios desempenhavam o papel de armazenar energia ou formar membranas celulares no entanto sabese hoje que os lipídios têm um pa pel biológico muito mais diversifi cado e difundido no organismo em termos de sinalização in tracelular ou regulação hormonal local Eles servem como moléculas biologicamente ativas exercendo uma gama de funções regulatórias como de mensageiros químicos e sinalizadores Introdução 641 Os componentes lipídicos predominantes nas células são os lipídios funcionais já discutidos neste capítulo ou seja lipídios de membrana 510 massa seca celular e lipídios de reserva 80 massa de adipócitos Os lipídios de membrana formam barreiras impermeáveis em torno das células e de seus compartimentos enquanto os lipídios de reserva são combustíveis de reserva energética que permanecem imobilizados até sofrerem oxidação Entretanto com a descoberta por Bergs tröm Samuelsson e colaboradores em 1964 de que o ácido araquidônico era o precursor biossintético das prostaglandinas e seus efeitos sobre a infl amação começouse a perceber que os lipídios eram muito mais interessantes do que se tinha pensado anteriormente com substancial importância na sinalização e na regulação hormonal local CURIOSIDADE Em 1979 houve a descoberta do primeiro fosfolipídio biologicamente ativo o fator ativador de plaquetas Mais ou menos na mesma época surgiu a consciência das funções distintivas do fosfatidilinositol e seus metabólitos na sinalização celular Em 1979 houve a descoberta do primeiro fosfolipídio biologicamente ativo o fator Em 1979 houve a descoberta do primeiro fosfolipídio biologicamente ativo o fator Em 1979 houve a descoberta do primeiro fosfolipídio biologicamente ativo o fator ativador de plaquetas Mais ou menos na mesma época surgiu a consciência das ativador de plaquetas Mais ou menos na mesma época surgiu a consciência das funções distintivas do fosfatidilinositol e seus metabólitos na sinalização celular Em 1979 houve a descoberta do primeiro fosfolipídio biologicamente ativo o fator ativador de plaquetas Mais ou menos na mesma época surgiu a consciência das Em 1979 houve a descoberta do primeiro fosfolipídio biologicamente ativo o fator ativador de plaquetas Mais ou menos na mesma época surgiu a consciência das Em 1979 houve a descoberta do primeiro fosfolipídio biologicamente ativo o fator Em 1979 houve a descoberta do primeiro fosfolipídio biologicamente ativo o fator BIOQUÍMICA GERAL 148 Lípidos de armazenamento como os triacilgliceróis no seu contexto celular são quimica mente inertes porque não têm efeitos biológicos e de fato a esterifi cação com ácidos graxos pode ser um método de desativação No entanto os fosfolipídios polares têm sítios hidrofóbi cos e hidrofílicos que podem se ligar através de vários mecanismos às proteínas de membrana e infl uenciar suas atividades enquanto glicoesfi ngolipídios carregam moléculas de carboidra tos complexos que entre muitas funções têm um papel no sistema imunológico Desta forma a grande maioria dos lipídios apresenta um papel passivo diferentemente de um grupo presente em muito menor quantidade no organismo conhecidos como lipídios bio logicamente ativos que têm função ativa no trânsito metabólico na forma de mensageiros e metabólitos conforme veremos na sequência Mensageiros e sinais 642 Todos os organismos multicelulares usam mensageiros químicos para enviar informações entre organelas e outras células Como os lipídios são pequenas moléculas insolúveis em água são excelentes candidatos para a sinalização As moléculas sinalizadoras ainda se ligam aos receptores na superfície celular e provocam uma mudança que leva a uma ação ESCLARECIMENTO Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra celulares formados em resposta a um sinal extracelular seja ele hormonal ou um fator de crescimento Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra celulares formados em resposta a um sinal extracelular seja ele hormonal ou um Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra Os hormônios levados pela circulação sanguínea entre os vários tecidos corporais são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra são lipídios que agem como potentes sinais Outros lipídios são mensageiros intra O fator ativador de plaquetas ou 1alquil2acetilsnglicero3fosfocolina foi o primeiro fos folipídio biologicamente ativo a ser descoberto Dentre as inúmeras atividades documentadas afeta a agregação de plaquetas em concentrações de até 1011M é um mediador da infl ama ção e está envolvido no mecanismo da resposta imune Lípidos aniônicos como o fosfatidilinositol e seus derivados fosforilados que estão concen trados na face interna das membranas são sítios de ligação específi cos para certas proteínas do citoesqueleto e para proteínas solúveis envolvidas em fusão de membranas durante a exo citose Em resposta a sinais extracelulares o fosfatidilinositol libera moléculas mensageiras dentro das células como o diacilglicerol e o inositol 145 trifosfato responsáveis pela regula ção de certas enzimas BIOQUÍMICA GERAL 149 A fosfatidilcolina fosfolípidio abundante nas membranas de animais e vegetais pode servir como fonte de diacilgliceróis com fun ção sinalizadora enquanto a formação do plasmalogênio especialmente pode fornecer araquidonato para a produção de eicosanói des Além disso a fosfatidilcolina é o precursor biossintético da esfingomielina e portanto de muitas moléculas sinalizadoras de modo que a ter influência em inúmeras vias metabólicas Os diacilgliceróis comentados anterior mente funcionam como segundos mensagei ros em muitos processos celulares modulan do mecanismos bioquímicos vitais e ativando membros da família de enzimas da proteína quinase C São formados em conjunto com os importantes fosfatos de inositol pela ação da enzima fosfolipase C sobre fosfatidilinositol e polifosfoinositídeos principalmente Acreditase que sua influência se estenda à fisiopatologia do câncer e de outros estados de doença Esfingolipídios de membrana também podem ser fonte de mensageiros intracelulares Tan to a ceramida quanto a esfingomielina são potentes reguladores de proteínas quinases Ácidos graxos além de seu papel energético quando na forma não esterificada podem atuar como segundos mensageiros necessários para a tradução de sinais celulares externos visto que são produzidos rapidamente como consequência da ligação de agonistas específicos aos receptores da membrana plasmática Assim dentro das células podem amplificar ou mo dificar sinais para influenciar atividades de enzimas como proteínas quinases e fosfolipases entre outras Eles estão envolvidos na regulação da expressão gênica e são parte do mecanis mo pelo qual a apoptose morte celular programada é regulada Além disso os ácidos graxos essenciais linoleico e linolênico são precursores de muitos tipos diferentes de eicosanóides incluindo os hidroxieicosatetraenos prostanóides prosta glandinas tromboxanos e prostaciclinas leucotrienos e lipoxinas Já o ácido docosahexae nóico é o precursor dos docosanóides mediadores especializados próresolução resolvinas protectinas e maresinas Os eicosanóides e docosanóides são altamente potentes em concentrações nanomolares na regulação de inúmeras atividades biológicas especialmente em relação a respostas infla matórias dor e febre Alguns deles têm funções próinflamatórias e outros são antiinflama BIOQUÍMICA GERAL 150 tórios portanto o correto equilíbrio entre os dois grupos é essencial para a manutenção da saúde Hormônios vegetais como os jasmonatos também parecem ser derivados dos ácidos graxos essenciais e apresentam semelhanças estruturais com as prostaglandinas Cofatores enzimáticos 643 São moléculas lipídicas formadas a partir de derivados isoprênicos de cinco carbonos que atuam como cofatores enzimáticos em reações de transferência de elétrons ou na transferên cia de grupamentos carboidratos em várias reações de glicosilação ou seja de adição de açúcar As ubiquinonas e as plastoquinonas são transportadores de elétrons nas mitocôndrias e nos cloroplastos respectivamente Os dolicóis ativam e ancoram os açúcares às membranas celulares e os grupos açúcar são então utilizados na síntese de carboidratos complexos glicolipídios e glicoproteínas Pigmentos 644 São também lipídios sintetizados a partir de derivados de isopreno de cinco carbonos Eles apresentam um sistema de ligações duplas conjugadas ou seja ligações simples e duplas alter nadas permitindo o movimento dos elétrons e a absorção de luz na região visível do espectro dando a eles cores visíveis Pequenas diferenças na química destes compostos geram pigmen tos de cores substancialmente diferentes Parte dos pigmentos captam a luz na visão e na fo tossíntese outros produzem as colorações naturais O caroteno por exemplo tem coloração amareloalaranjada como nas cenouras e abóboras e compostos similares a ele fornecem cor vermelha amarela ou alaranjada às penas das aves Proposta de atividade Agora é a hora de pôr em prática tudo o que você aprendeu neste 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 Recapitulando Lipídios fazem parte da nossa dieta da estrutura de membranas celulares e da reserva energética Mas além disso eles podem ter ação biológica como sinalizadores mensagei BIOQUÍMICA GERAL 151 ros e participantes de reações envolvendo elétrons ou na formação de coloração Observamos neste capítulo que as substâncias lipídicas são moléculas com diversas es truturas químicas sem uma fórmula geral que apresentam como característica principal a insolubilidade em água A dificuldade de solubilização em água é relevante no ambiente celular pois gera uma barreira biológica de separação entre o meio externo das células essencialmente aquoso e o interno também aquoso conhecido como membrana celular Iniciamos nossa imersão na bioquímica de lipídios aprendendo sobre os ácidos graxos moléculas formadas por uma porção polar representada pelo grupamento carboxila liga da a uma cadeia hidrocarbônica apolar ou lipofílica podendo esta ter número variável de carbonos e presença ou não de ligações duplas Em se tratando de ácidos graxos questionamos na segunda pausa para refletir qual a diferença entre os ácidos graxos essenciais e os não essenciais Os essenciais são aqueles que nosso organismo não consegue produzir por isso precisamos obtêlos por meio da dieta Os ácidos linoleico e linolênico conhecidos também como ômegas 6 e 3 respectiva mente são importantes exemplos de ácidos graxos essenciais Já os não essenciais podem ser produzidos não sendo a dieta a única forma de obtenção Verificamos também que os ácidos graxos são importantes para a classificação dos lipídios pelo fato de sofrerem reação de saponificação na presença de bases fortes sob aquecimento Desta forma os lipídios são classificados em saponificáveis quando ácidos graxos estão presentes na estrutura lipídica ou não saponificáveis quando esses com ponentes são ausentes Os lipídios saponificáveis mais abundantes são os triacilgliceróis também conhecidos por triglicerídios São ésteres de glicerol com três ácidos graxos cons tituindo o lipídio de armazenamento energético uma gordura neutra insolúvel em água Nesse contexto pudemos parar para refletir sobre o fato de que quando os triacil gliceróis são submetidos à hidrólise alcalina na presença de bases fortes como NaOH ou KOH sob aquecimento ocorre a reação conhecida como saponificação Nesse caso há liberação de glicerol e formação de três moléculas de sal de ácido graxo solúveis em água ou seja com o íon Na ou K ligado à carboxila COONa ou COOK dependendo do álcali empregado ser NaOH ou KOH formando uma cabeça polar ligada à cauda hidro carbônica apolar Os sais de ácidos graxos formados são os sabões por isso chamase a reação de saponificação Também com relação aos lipídios saponificáveis ressaltamos que as ceras são lipídios ainda mais insolúveis também detentores de ácido graxo na estrutura e com função especialmente impermeabilizante Vale destacar que lipídios de membrana como fosfolipídios e glicolipídios BIOQUÍMICA GERAL 152 são moléculas anfipáticas com porções polares e apolares e também estão incluídos na classe dos saponificáveis Já os lipídios não saponificáveis apresentam funções diversas no metabolismo que não envol vem fonte de energia Entre eles destacamse o colesterol e seus derivados esteroides como os hormônios sexuais e os ácidos biliares e os terpenos e terpenoides precursores das vitaminas lipossolúveis Por fim aprendemos que muitos lipídios podem também atuar como agentes si nalizadores e mensageiros celulares exercendo um papel crítico e fundamental para o adequa do funcionamento celular BIOQUÍMICA GERAL 153 Referências bibliográficas CHRISTIE W W Lipids in action their biological functions 2018 Disponível em http wwwlipidhomecouklipidsbasicswhatdoindexhtm Acesso em 06 set 2018 GIOIELLI L A Óleos e gorduras vegetais composição e tecnologia Revista Brasileira de Far macognosia v 5 p 211232 1996 LASÓN et al Lipase characterization applications and methods of immobilization Chemik v 64 p 15 2010 McKENZIE J M KOCH K R Rapid analysis of major components and potential authenti cation of South African olive oils by quantitative 13C nuclear magnetic resonance spec troscopy South African Journal of Science v 100 p 351 2004 NELSON D L COX M M Princípios de Bioquímica de Lehninger 6 ed Porto Alegre Art med 2014 NICOLAOU A KOKOTOS G Bioactive lipids Elsevier 314 p 2004 VANCE D E VANCE J E Biochemistry of lipids lipoproteins and membranes Fifth Edition Elsevier 624p 2008 VIANNI R BRAZFILHO R Ácidos graxos naturais importância e ocorrência em alimentos Química Nova v 19 p 400407 1996 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 154