PROTEÍNAS
CONCEITO GERAL
As proteínas são as moléculas orgânicas mais abundantes e
importantes nas células e perfazem 50% ou mais de seu peso seco. São
encontradas em todas as partes de todas as células, uma vez que são
fundamentais sob todos os aspectos da estrutura e função celulares.
Existem muitas espécies diferentes de proteínas, cada uma especializada
para uma função biológica diversa. Além disso, a maior parte da
informação genética é expressa pelas proteínas.
Pertencem à classe dos peptídeos, pois são formadas por
aminoácidos ligados entre si por ligações peptídicas. Uma ligação
peptídica é a união do grupo amino (-NH 2 ) de um aminoácido com o
grupo carboxila (-COOH) de outro aminoácido, através da formação de
uma amida.
São os constituintes básicos da vida: tanto que seu nome deriva
da palavra grega "proteios", que significa "em primeiro lugar". Nos
animais, as proteínas correspondem a cerca de 80% do peso dos
músculos desidratados, cerca de 70% da pele e 90% do sangue seco.
Mesmo nos vegetais as proteínas estão presentes.
A importância das proteínas, entretanto, está relacionada com
suas funções no organismo, e não com sua quantidade. Todas as
enzimas conhecidas, por exemplo, são proteínas; muitas vezes, as
enzimas existem em porções muito pequenas. Mesmo assim, estas
substâncias catalisam todas as reações metabólicas e capacitam aos
organismos a construção de outras moléculas - proteínas, ácidos
nucléicos, carboidratos e lipídios - que são necessárias para a vida.
COMPOSIÇÃO
Todas contêm carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, e quase
todas contêm enxofre. Algumas proteínas contêm elementos adicionais,
particularmente fósforo, ferro, zinco e cobre. Seu peso molecular é
extremamente elevado.
Todas as proteínas, independentemente de sua função ou espécie
de origem, são construídas a partir de um conjunto básico de vinte
aminoácidos, arranjados em várias seqüências específicas.
FUNÇÃO
Elas exercem funções diversas, como:
- Catalisadores;
- Elementos estruturais (colágeno) e sistemas contráteis;
- Armazenamento(ferritina);
- Veículos de transporte (hemoglobina);
- Hormônios;
- Anti-infecciosas (imunoglobulina);
- Enzimáticas (lipases);
- Nutricional (caseína);
- Agentes protetores.
Devido as proteínas exercerem uma grande variedade de funções
na célula, estas podem ser divididas em dois grandes grupos:
- Dinâmicas - Transporte, defesa, catálise de reações, controle do
metabolismo e contração, por exemplo;
- Estruturais - Proteínas como o colágeno e elastina, por exemplo,
que promovem a sustentação estrutural da célula e dos tecidos.
CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS
Quanto a Composição:
- Proteínas Simples - Por hidrólise liberam apenas aminoácidos.
- Proteínas Conjugadas - Por hidrólise liberam aminoácidos mais
um radical não peptídico, denominado grupo prostético. Ex:
metaloproteínas, hemeproteínas, lipoproteínas, glicoproteínas, etc.
Quanto ao Número de Cadeias Polipeptídicas:
- Proteínas Monoméricas - Formadas por apenas uma cadeia
polipeptídica.
- Proteínas Oligoméricas - Formadas por mais de uma cadeia
polipeptídica; São as proteínas de estrutura e função mais complexas.
Quanto à Forma:
- Proteínas Fibrosas - Na sua maioria, as proteínas fibrosas são
insolúveis nos solventes aquosos e possuem pesos moleculares muito
elevados. São formadas geralmente por longas moléculas mais ou menos
retilíneas e paralelas ao eixo da fibra. A esta categoria pertencem as
proteínas de estrutura, como colágeno do tecido conjuntivo, as
queratinas dos cabelos, as esclerotinas do tegumento dos artrópodes, a
conchiolina das conchas dos moluscos, ou ainda a fribrina do soro
sanguíneo ou a miosina dos músculos. Algumas proteínas fibrosas,
porém, possuem uma estrutura diferente, como as tubulinas, que são
formadas por múltiplas subunidades globulares dispostas
helicoidalmente.
- Proteínas Globulares - De estrutura espacial mais complexa, são
mais ou menos esféricas. São geralmente solúveis nos solventes
aquosos e os seus pesos moleculares situam-se entre 10.000 e vários
milhões. Nesta categoria situam-se as proteínas ativas como os enzimas,
transportadores como a hemoglobina, etc.
Esquemas de proteínas globulares e fibrosas
PROTEÍNAS HOMÓLOGAS
São proteínas que desempenham a mesma função em tecidos ou
em espécies diferentes. Estas proteínas possuem pequenas diferenças
estruturais, reconhecíveis imunologicamente.
Os segmentos com seqüências diferentes de aminoácidos em
proteínas homólogas são chamados "segmentos variáveis", e geralmente
não participam diretamente da atividade da proteína. Os segmentos
idênticos das proteínas homólogas são chamados "segmentos fixos", e
são fundamentais para o funcionamento bioquímico da proteína.
ORGANIZAÇÃO ESTRUTURAL DAS PROTEÍNAS
As proteínas possuem complexas estruturas espaciais, que podem
ser organizadas em quatro níveis, crescentes em complexidade:
1 - Estrutura Primária
- Dada pela seqüência de aminoácidos e ligações peptídicas da
molécula.
- É o nível estrutural mais simples e mais importante, pois dele
deriva todo o arranjo espacial da molécula.
- A estrutura primária da proteína resulta em uma longa cadeia de
aminoácidos semelhante a um "colar de contas", com uma extremidade
"amino terminal" e uma extremidade "carboxi terminal".
- A estrutura primária de uma proteína é destruída por hidrólise
química ou enzimática das ligações peptídicas, com liberação de
peptídeos menores e aminoácidos livres.
- Sua estrutura é somente a seqüência dos aminoácidos, sem se
preocupar com a orientação espacial da molécula.
Fórmulas estruturais de amino ácidos
alanina glutamina
ácido amino butírico
serina
asparagina arginina
ácido aspártico
fenilalanina
cisteína
ácido glutâmico
glicina
leucina
histidina
lisina
homocisteína
serina
valina
tirosina
metionina
triptofano
norvalina
2 - Estrutura Secundária
- É dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na
seqüência primária da proteína.
- É o último nível de organização das proteínas fibrosas, mais
simples estruturalmente.
- Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações entre os
carbonos a dos aminoácidos e seus grupamentos amina e carboxila.
- O arranjo secundário de um polipeptídeo pode ocorrer de forma
regular; isso acontece quando os ângulos das ligações entre carbonos a
e seus ligantes são iguais e se repetem ao longo de um segmento da
molécula.
3 - Estrutura Terciária
- Dada pelo arranjo espacial de aminoácidos distantes entre si na
seqüência polipeptídica.
- É a forma tridimensional como a proteína se "enrola".
- Ocorre nas proteínas globulares, mais complexas estrutural e
funcionalmente.
- Cadeias polipeptídicas muito longas podem se organizar em
domínios, regiões com estruturas terciárias semi-independentes ligadas
entre si por segmentos lineares da cadeia polipeptídica.
- Os domínios são considerados as unidades funcionais e de
estrutura tridimensional de uma proteína.
4 - Estrutura Quaternária
- Surge apenas nas proteínas oligoméricas.
- Dada pela distribuição espacial de mais de uma cadeia
polipeptídica no espaço, as subunidades da molécula.
- Estas subunidades se mantém unidas por forças covalentes,
como pontes dissulfeto, e ligações não covalentes, como pontes de
hidrogênio, interações hidrofóbicas, etc.
- As subunidades podem atuar de forma independente ou
cooperativamente no desempenho da função bioquímica da proteína.
AMINOÁCIDOS
CARACTERÍSTICAS GERAIS
- São as unidades fundamentais das proteínas.
- Todas as proteínas são formadas a partir da ligação em
seqüência de apenas 20 aminoácidos.
- Existem, além destes 20 aminoácidos principais, alguns
aminoácidos especiais, que só aparecem em alguns tipos de proteínas.
Os aminoácidos que intervêm na composição das proteínas
(existem outros) são número de 20 e obedecem à estrutura geral
representada na figura abaixo:
ESTRUTURA QUÍMICA GERAL
- Os 20 aminoácidos possuem características estruturais em
comum, tais como:
A presença de um carbono central, quase sempre assimétrico.
Ligados a este carbono central, um grupamento carboxila, um
grupamento amina e um átomo de hidrogênio.
O quarto ligante é um radical chamado genericamente de "R",
responsável pela diferenciação entre os 20 aminoácidos. É a cadeia
lateral dos aminoácidos. É o radical "R" quem define uma série de
características dos aminoácidos, tais como polaridade e grau de
ionização em solução aquosa.
ENZIMAS
CONCEITOS GERAIS E FUNÇÕES
As enzimas são proteínas especializadas na catálise de reações
biológicas. Elas estão entre as biomoléculas mais notáveis devido a sua
extraordinária especificidade e poder catalítico, que são muito superiores
aos dos catalisadores produzidos pelo homem. Praticamente todas as
reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por
enzimas.
Como catalisadores celulares extremamente poderosos, as
enzimas aceleram a velocidade de uma reação, sem no entanto participar
dela como reagente ou produto.
As enzimas atuam ainda como reguladoras deste conjunto
complexo de reações.
As enzimas são, portanto, consideradas as unidades funcionais do
metabolismo celular.
NOMENCLATURA DAS ENZIMAS
Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática:
- Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem
trabalha com enzimas; Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima.
Exs: Urease, Hexoquinase, Peptidase, etc.
- Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações precisas
sobre a função metabólica da enzima. Ex: ATP-Glicose-Fosfo-Transferase
- Nome Usual : Consagrados pelo uso; Exs: Tripsina, Pepsina,
Ptialina.
CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS
As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários
critérios. O mais importante foi estabelecido pela União Internacional de
Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes:
- Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de
transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as
Desidrogenases e as Oxidases.
Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide.
- Transferases : Enzimas que catalisam reações de transferência
de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil,
etc. Como exemplo temos as Quinases e as Transaminases.
- Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente.
Ex: As peptidades.
- Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção
de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as
Descarboxilases são bons exemplos.
- Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros
ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos.
- Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a
partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia
(ATP). São as Sintetases.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS
São catalisadores biológicos extremamente eficientes e aceleram
em média 109 a 1012 vezes a velocidade da reação, transformando de 100 a
1000 moléculas de substrato em produto por minuto de reação.
Atuam em concentrações muito baixas e em condições suaves de
temperatura e pH.
Possuem todas as características das proteínas. Podem ter sua
atividade regulada. Estão quase sempre dentro da célula, e
compartimentalizadas.
COFATORES ENZIMÁTICOS E COENZIMAS
Cofatores são pequenas moléculas orgânicas ou inorgânicas que
podem ser necessárias para a função de uma enzima. Estes cofatores
não estão ligados permanentemente à molécula da enzima mas, na
ausência deles, a enzima é inativa.
A fração protéica de uma enzima, na ausência do seu cofator, é
chamada de apoenzima.
Enzima + Cofator, chamamos de holoenzima.
Coenzimas são compostos orgânicos, quase sempre derivados de
vitaminas, que atuam em conjunto com as enzimas. Podem atuar segundo
3 modelos:
- Ligando-se à enzima com afinidade semelhante à do substrato.
- Ligando-se covalentemente em local próximo ou no próprio sítio
catalítico da apoenzima.
- Atuando de maneira intermediária aos dois extremos acima
citados.
ESPECIFICIDADE SUBSTRATO \ ENZIMA: O SÍTIO ATIVO
As enzimas são muito específicas para os seus substratos. Esta
especificidade pode ser relativa a apenas um substrato ou a vários
substratos ao mesmo tempo.
Esta especificidade se deve à existência, na superfície da enzima
de um local denominado sítio de ligação do substrato. O sítio de ligação
do substrato de uma enzima é dado por um arranjo tridimensional
especial dos aminoácidos de uma determinada região da molécula,
geralmente complementar à molécula do substrato, e ideal espacial e
eletricamente para a ligação do mesmo. O sítio de ligação do substrato é
capaz de reconhecer inclusive isômeros óticos "D" e "L" de um mesmo
composto. Este sítio pode conter um segundo sítio, chamado sítio
catalítico ou sítio ativo, ou estar próximo dele; é neste sítio ativo que
ocorre a reação enzimática.
Composto que é transformado por uma enzima que se une a uma
zona ativa, onde se produz ima catálise, que no exemplo conduz a uma
formação de produtos.
A zona sombreada são os aminoácidos desta enzima (proteína)
que configuram, neste caso, o centro ativo da enzima.
Alguns modelos procuram explicar a especificidade
substrato/enzima:
- Modelo Chave/Fechadura que prevê um encaixe perfeito do
substrato no sítio de ligação, que seria rígido como uma fechadura. No
exemplo da figura abaixo, uma determinada região da proteína - o módulo
SH2 - liga-se à tirosina fosfatada, que se adapta ao sítio ativo da enzima
tal como uma chave faz a sua fechadura.
- Modelo do Ajuste Induzido que prevê um sítio de ligação não
totalmente pré-formado, mas sim moldável à molécula do substrato; a
enzima se ajustaria à molécula do substrato na sua presença.
- Evidências experimentais sugerem um terceiro modelo que
combina o ajuste induzido a uma "torção" da molécula do substrato, que
o "ativaria" e o prepararia para a sua transformação em produto.
MECANISMO GERAL DE CATÁLISE
As enzimas aceleram a velocidade de uma reação por diminuir a
energia livre de ativação da mesma, sem alterar a termodinâmica da
reação, ou seja: A energia dos reagentes e produtos da reação enzimática
e de sua equivalente não enzimática são idênticas.
Para se superar a energia de ativação de uma reação, passa-se
pela formação de um estado intermediário chamado "Estado de
Transição", sempre um composto instável e de alta energia, representado
por "Ts", ligado com altíssima afinidade ao sítio catalítico. Nas reações
enzimáticas, este composto de transição "Ts" não pode ser isolado ou
mesmo considerado um intermediário, uma vez que não é liberado para o
meio de reação; sua formação ocorre no sítio catalítico da enzima!! Como
a afinidade do "Ts" ao sítio catalítico é muito maior que a afinidade do
substrato com o mesmo, a pequena quantidade de moléculas em "Ts"
será rapidamente convertida em produto. Assim, todo o fator que leva a
um aumento do número de moléculas em "Ts" aumenta a velocidade da
reação.
São 4 os mecanismos principais através dos quais as enzimas
aceleram uma reação, aumentando a formação de moléculas de substrato
em "Ts":
- Catálise Ácido-Base que ocorre com a participação de
aminoácidos com cadeias laterais ionizáveis, capazes de doar ou liberar
prótons durante a catálise.
- Torção de Substrato, que depende da torção do substrato
induzida pela ligação do mesmo com o sítio de ligação da enzima,
alcançando o estado de transição e estimulando sua conversão em
produto.
- Catálise Covalente que resulta do ataque nucleofílico ou
eletrofílico de um radical do sítio catalítico sobre o substrato, ligando-o
covalentemente à enzima e induzindo a sua transformação em produto.
Envolve com freqüência a participação de coenzimas.
- Efeito de Diminuição da Entropia. As enzimas ajudam no
posicionamento e na definição da estequiometria correta da reação,
facilitando os mecanismos anteriores.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
É a parte da enzimologia que estuda a velocidade das reações
enzimáticas, e os atores que influenciam nesta velocidade. A cinética de
uma enzima é estudada avaliando-se a quantidade de produto formado ou
a quantidade de substrato consumido por unidade de tempo de reação.
Uma reação enzimática pode ser expressa pela seguinte equação:
E + S [ES] ==> E + P
O complexo enzima/substrato (ES) tem uma energia de ativação
ligeiramente menor que a do substrato isolado, e a sua formação leva ao
aparecimento do estado de transição "Ts".
A formação de "P" a partir de ES é a etapa limitante da velocidade
da reação.
A velocidade de uma reação enzimática depende das
concentrações de enzima e de substrato.
Equação de Michaelis-Menten:
Michaelis e Menten foram 2 pesquisadoras que propuseram o
modelo acima citado como modelo de reação enzimática para apenas um
substrato. A partir deste modelo, estas pesquisadoras criaram uma
equação, que nos permite demonstrar como a velocidade de uma reação
varia com a variação da concentração do substrato. Esta equação pode
ser expressa graficamente, e representa o efeito da concentração de
substrato sobre a velocidade de reação enzimática.
O Km de um substrato para uma enzima específica é
característico, e nos fornece um parâmetro de especificidade deste
substrato em relação à enzima. Quanto menor o Km, maior a
especificidade, e vice-versa.
FATORES EXTERNOS QUE INFLUENCIAM NA VELOCIDADE DE UMA
REAÇÃO ENZIMÁTICA
São eles:
- Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da
reação, até se atingir a temperatura ótima; a partir dela, a atividade volta a
diminuir, por desnaturação da molécula.
- pH: Idem à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição
de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio
catalítico, é ideal para a catálise.
INIBIÇÃO ENZIMÁTICA
Os inibidores enzimáticos são compostos que podem diminuir a
atividade de uma enzima. A inibição enzimática pode ser reversível ou
irreversível;
Existem 2 tipos de inibição enzimática reversível:
- Inibição Enzimática Reversível Competitiva:
Quando o inibidor se liga reversivelmente ao mesmo sítio de ligação do
substrato;
O efeito é revertido aumentando-se a concentração de substrato
Este tipo de inibição depende das concentrações de substrato e de
inibidor.
- Inibição Enzimática Reversível Não-Competitiva:
Quando o inibidor liga-se reversivelmente à enzima em um sítio próprio
de ligação, podendo estar ligado à mesma ao mesmo tempo que o
substrato;
Este tipo de inibição depende apenas da concentração do inibidor.
Na inibição enzimática irreversível, há modificação covalente e
definitiva no sítio de ligação ou no sítio catalítico da enzima.
REGULAÇÃO ENZIMÁTICA
Algumas enzimas podem ter suas atividades reguladas, atuando
assim como moduladoras do metabolismo celular. Esta modulação é
essencial na coordenação dos inúmeros processos metabólicos pela
célula.
Além dos mecanismos já citados de modulação de atividade
enzimática - por variação da concentração do substrato, ou por inibição
enzimática, por exemplo - existem 2 modelos de regulação enzimática
mais conhecidos:
- Modulação Alostérica
Ocorre nas enzimas que possuem um sítio de modulação, ou alostérico,
onde se liga de forma não-covalente um modulador alostérico que pode
ser positivo (ativa a enzima) ou negativo (inibe a enzima).
A ligação do modulador induz a modificações conformacionais na
estrutura espacial da enzima, modificando a afinidade desta para com
os seus substratos;
Um modelo muito comum de regulação alostérica é a inibição por "feed-
back", onde o próprio produto da reação atua como modulador da
enzima que a catalisa.
- Modulação Covalente:
Ocorre quando há modificação covalente da molécula da enzima, com
conversão entre formas ativa/inativa.
O processo ocorre principalmente por adição/remoção de grupamentos
fosfato de resíduos específicos de serina.
Bioquímica
Carboidratos
Introdução Propriedades Químicas Testes de Identificação
- Introdução
Os carboidratos são distribuídos nas plantas e nos animais, onde desempenham funções
estruturais e metabólicas. Possuem importância na produção de energia, como
constituintes dos ácidos nucleicos (informação genética), como constituintes dos co-
fatores (reações enzimáticas), são componentes da parede celular de plantas e
microrganismos e nas reservas nutricionais.
São definidos como sendo polihidroxialdeídos ou polihidroxicetonas [(CH20)n; n > 3)
ou substâncias que produzem um destes compostos por hidrólise, São classificados em
monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
- Monossacarídeos -> são os carboidratos que não podems er hidrolisados em formas
mais simples. São hidrossolúveis, sólidos, de sabor doce e ocorrem em abundância nos
alimentos. São subdivididos em aldoses e cetoses, quanto ao grupamento funcional
aldeído ou cetona, e em trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses e etc, quanto ao
número de átomos de carbono.
Configuração / conformação -> Na maioria dos casos, a fórmula estrutural pode ser
representada como um anel simples em perspectiva para as aldohexoses:
Na verdade, o anel se apresenta na forma de "cadeira".
- Oligossacarídeos -> são os carboidratos que produzem de 2 a 10 monossacarídeos por
hidrólise. São hidrossolúveis, sólidos e de sabor doce. Podem ocorrer livremente na
natureza sacarose, lactose, trealose, rafinose) ou serem obtidas pela hidrólise de
polissacarídeos (celobiose, maltose). São classificados de acordo com o número de
unidades glicídicas em dissacarídeos, trissacarídeos, tetrassacarídeos, etc. São formados
pela união de duas unidades glicídicas e conseqüentemente perda de uma molécula de
água, na chamada ligação glicosídica (as glicosidades são as enzimas que hidrolisam as
ligações glicosídicas).
- Polissacarídeos -> são os carboidratos que produzem grande número de
monossacarídeos por hidrólise. São insolúveis em água, sem gosto e de elevado peso
molecular. São encontrados na natureza e têm função estrutural e/ou de reserva de
energia. Podem ser classificados em homopolissacarídeos (contém uma única espécie de
molécula) e heteropolissacarídeos (contém mais de uma espécie de molécula).
O amido é a fonte alimentar mais importante de carboidratos. Os dois constituintes
principais são a amilose, de estrutura helicoidal não ramificada, e a amilopectina,
constituída de cadeias ramificadas formadas de 20 a 25 resíduos de glicose unidos por
ligações 1->4 nas cadeias e por ligações 1->6 nos pontos de ramificação.
O glicogênio é o polissacarídeo de armazenamento do organismo animal. Tem uma
estrutura mais ramificada do que a amilopectina, sendo o intervalo entre as ramificações
de 8 a 12 resíduos.
A celulose é o principal constituinte do aracabouço das plantas. É um polímero linear de
glicose ( 1->4), não possui tamanho definido e apresenta estrutura fibrilar, compacta e
rígida. Forma ligações por ponte de hidrogênio cruzadas com outros componentes da
parede celular.
Outros polissacarídeos importantes são a quitina, a inulina, o agar e a pectina.
Topo
- Propriedades Químicas
- Ácidos inorgânicos
a) diluídos, à temperatura ambiente -> anomerização.
b) concentrados, à quente -> mudanças mais complexas, como desidratação.
- Bases inirgâncias (diluídas)
Isomerização, clivagem (C6 -> C3) e mudanças estruturais com oxi-redução e producão
de ácidos.
Topo
- Testes de Identificação
- Reação de Antrona (glicídeos em geral)
Reação com antranol na presença de H2SO4. Hidrolisa e desidrata os glicídeos
produzindo hidroxi-furfural e furfural que se condensam com o antranol formando
produtos coloridos.
- Reação de Bial (pentoses e ácidos urônicos)
+3
Reação com orcinol na presença de HCl concentrado e Fe . Produtos de condensação
coloridos são formados pela produção de hidroxi-furfural e furfural.
- Poder Redutor
Redução de sais de metais pesados em solução alcalina em presença de ácidos orgânicos
a) Reação de Benedict
+2
Cu na presença de citrato e Na2CO3. O cobre é reduzido a Cu2O, precipitado de cor
vermelha.
b) Reação de Barfoed modificado.
Acetato de cobre em ácido láctico seguido de revelação com fosfomolibdato. O
precipitado de Cu2O na presença de fosfomolibdato adquire coloração azul.
- Reação de Seliwanoff (cetoses x aldoses)
Reação com resorcinol na presença de HCl a quente. Coloração vermelha mais rápida
para cetoses e lenta para aldoses.
- Reação do DNS (redutores)
Reação com ácido 3,5-dinitrosalicílico. Coloração laranja-avermelhada para glicídeos
redutores.
- Teste do Iodo (amido)
A cor produzida com I2 é indicadora do grau de ramificação.
Estrutura e funções dos carboidratos
16/04/2005
INTRODUÇÃO
Os carboidratos (também chamados sacarídeos, glicídios, oses, hidratos de carbono ou
açúcares), são definidos, quimicamente, como poli-hidróxi-cetonas (cetoses) ou poli-
hidróxi-aldeídos (aldoses), ou seja, compostos orgânicos com, pelo menos três carbonos
onde todos os carbonos possuem uma hidroxila, com exceção de um, que possui a
carbonila primária (grupamento aldeídico) ou a carbonila secundária (grupamento
cetônico).
Possuem fórmula empírica Cn(H2O)m desde os mais simples (os monossacarídeos,
onde n = m) até os maiores (com peso molecular de até milhões de daltons). Alguns
carboidratos, entretanto, possuem em sua estrutura nitrogênio, fósforo ou enxofre não se
adequando, portanto, à fórmula geral.
A grande informação embutida por detrás desta fórmula geral é a origem fotossintéticos
dos carboidratos nos vegetais, podendo-se dizer que os carboidratos contém na
intimidade de sua molécula a água, o CO2 e a energia luminosa que foram utilizados em
sua síntese. A conversão da energia luminosa em energia química faz com que esses
compostos fotossintetizados funcionem como um verdadeiro combustível celular,
liberando uma grande quantidade de energia térmica quando quebrada as ligações dos
carbonos de suas moléculas, liberando, também, a água e o CO2 que lá se encontravam
ligados.
A relação entre a fotossíntese e a função energética dos carboidratos é indiscutível. De
fato, a clorofila presente nas células vegetais é a única molécula da natureza que não
emite energia em forma de calor após ter tido seus elétrons excitados pela luz: ela utiliza
esta energia para unir átomos de carbono do CO2 absorvido, "armazenando-a" nas
moléculas de glicose sintetizadas neste processo fotossintético.
Os vegetais são auto-suficientes na produção de carboidratos. Os animais precisam
alimentar-se de células vegetais (ou de animais herbívoros) para obter glicose e O2 para
produzir energia para suas reações metabólicas.
Os animais não são capazes de sintetizar carboidratos a partir de substratos simples não
energéticos, precisando obtê-los através da alimentação, produzindo CO2 (excretado
para a atmosfera), água e energia (utilizados nas reações intracelulares).
Nos animais, há um processo chamado neoglicogênese que corresponde a uma síntese
de glicose a partir de percursores não glicídicos. Um outro processo de síntese endógena
de glicose se dá através da glicogenólise do glicogênio sintetizado no fígado e músculos
(glicogênese). Esses processos, entretanto, só são possíveis a partir de substratos
provenientes de um prévio metabolismo glicídico, o que obriga a obtenção de
carboidratos pela alimentação, fato que torna os animais dependentes dos vegetais em
termos de obtenção de energia.
A energia térmica contida na molécula de glicose é liberada nas mitocôndrias e, por fim,
convertida em ligações altamente energéticas de fosfato na molécula de ATP (adenosina
tri-fosfato) durante o processo de respiração celular (fosforilação oxidativa). As duas
primeiras ligações liberam alta energia (± 10 Kcal) quando quebradas, ao contrário da
primeira que possui baixa energia de ligação em relação às primeiras (± 6 Kcal). Note
que o ATP corresponte, então, a um verdadeiro armazém da energia solar que foi
conservada durante todo esse fantástico processo biológico.
FUNÇÕES
ENERGÉTICA: são os principais produtores de energia sob a forma de ATP, cujas
ligações ricas em energia (±10 Kcal) são quebradas sempre que as células precisamde
energia para as reações bioquímicas. É a principal função dos carboidratos, com todos
os seres vivos (com exceção dos vírus) possuindo metabolismo adaptado ao consumo de
glicose como substrato energético. Algumas bactérias consumem dissacarídeos (p.ex.: a
lactose) na ausência de glicose, porém a maioria dos seres vivos a utiliza como principal
fonte energética.
ESTRUTURAL: a parede celular dos vegetais é constituída por um carboidrato
polimerizado - a celulose; a carapaça dos insetos contém quitina, um polímero que dá
resistência extrema ao exo-esqueleto; as células animais possuem uma série de
carboidratos circundando a membrana plasmática que dão especificidade celular,
estimulando a permanência agregada das células de um tecido - o glicocálix.
RESERVA ENERGÉTICA: nos vegetais, há o amido, polímero de glicose; nos
animais, há o glicogênio, também polímero de glicose porém com uma estrutura mais
compacta e ramificada.
CLASSIFICAÇÃO
Os carboidratos mais simples são denominados monossacarídeos, possuindo pelo menos
um átomo de carbono assimétrico que caracteriza a região denominada centro quiral,
pois fornece isômeros ópticos. Possuem de 3 a 8 carbonos, sendo denominado,
respectivamente, trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses e octoses.
Os monossacarídeos de ocorrência natural mais comum, como a ribose (5C), glicose
(6C), frutose (6C) e manose (6C), existem como hemiacetais de cadeia cíclica (e não na
forma linear), quer na formas de furanose (um anel de 5 elementos, menos estável) ou
de piranose (um anel de 6 elementos, mais estável).
Esta forma cíclica (hemiacetal), resulta da reação intramolecular entre o grupamento
funcional (C1 nas aldoses e C2 nas cetoses) e um dos carbonos hidroxilados do restante
da molécula (C4 na furanose e C5 na piranose), ocorrendo nas formas isoméricas a e b
(cis ou trans), conforme a posição da hidroxila do C2 em relação à hidroxila do C1. Tais
formas são interconvertidas através do fenômeno da mutarrotação.
Os carboidratos formam compostos pela união de duas ou mais moléculas de
monossacarídeos, sendo classificados como DISSACARÍDEOS,
OLIGOSSACARÍDEOS e POLISSACARÍDEOS. Nesses compostos, quando o carbono
C1 apresenta a hidroxila livre (ou seja, não está formando ligação entre os
monossacarídeos) o carboidrato apresenta poder redutor quando aquecido. Esta
característica é utilizada, freqüentemente, em reações de identificação.
METABOLISMO
Após a absorção dos carboidratos nos intestinos, a veia porta hepática fornece ao fígado
uma quantidade enorme de glicose que vai ser liberada para o sangue e suprir as
necessidades energéticas de todas as células do organismo.
As concentrações normais de glicose plasmática (glicemia) situam-se em torno de 70 -
110 mg/dl, sendo que situações de hipergicemia tornam o sangue concentrado alterando
os mecanismos de troca da água do LIC com o LEC, além de ter efeitos degenerativos
no SNC. Sendo assim, um sistema hormonal apurado entra em ação para evitar que o
aporte sangüíneo de glicose exceda os limites de normalidade.
Os hormônios pancreáticos insulina e glucagon possuem ação regulatória sobre a
glicemia plasmática. Não são os únicos envolvidos no metabolismo dos carboidratos (os
hormônios sexuais, epinefrina, glicocorticóides, tireoidianos, GH e outros também têm
influenciam a glicemia), porém, sem dúvida, são os mais importantes.
A insulina é produzida nas células b das ilhotas de Langerhans e é armazenada em
vesículas do Aparelho e Golgi em uma forma inativa (pró-insulina). Nessas células
existem receptores celulares que detectam níveis de glicose plasmáticas (hiperglicemia)
após uma alimentação rica em carboidratos. Há a ativação da insulina com a retirada do
peptídeo C de ligação, com a liberação da insulina na circulação sangüínea. Como efeito
imediato, a insulina possui três efeitos principais:
Estimula a captação de glicose pelas células (com exceção dos neurônios e hepatócitos);
Estimula o armazenamento de glicogênio hepático e muscular (glicogênese); e
Estimula o armazenamento de aminoácidos (fígado e músculos) e ácidos graxos
(adipócitos).
Como resultado dessas ações, há a queda gradual da glicemia (hipoglicemia) que
estimula as células a-pancreáticas a liberar o glucagon. Este hormônio possui ação
antagônica à insulina, com três efeitos básicos:
Estimula a mobilização dos depósitos de aminoácidos e ácidos graxos;
Estimula a glicogenólise
Estimula a neoglicogênse.
Esses efeitos hiperglicemiantes possibilitam nova ação insulínica, o que deixa a
glicemia de um indivíduo normal em torno dos níveis normais de 70 - 110 mg/dl .
A captação de glicose pela célula se dá pelo encaixe da insulina com o receptor celular
para insulina. Esse complexo sofre endocitose, permitindo a entrada de glicose,
eletrólitos e água para a célula; a glicose é metabolizada (através da glicólise e Ciclo de
Krebs), a insulina degradada por enzimas intracelulares e o receptor é regenerado,
reiniciando o processo.
Quanto mais complexo insulina/receptor é endocitado, mais glicose entra na célula, até
que o plasma fique hipoglicêmico. Esta hipoglicemia, entretanto, não é imediata, pois a
regeneração do receptor é limitante da entrada de glicose na célula, de forma a
possibilitar somente a quantidade de glicose necessária evitando, assim, o excesso
glicose intracelular.
Nos músculos, a glicose em excesso é convertida em glicogênio, assim como a glicose
que retorna ao fígado.
A grande maioria das células do organismo são dependentes da insulina para captar
glicose (o neurônio e os hepatócitos são exceções, pois não tem receptores para insulina,
sendo a glicose absorvidos por difusão).
A deficiência na produção ou ausência total de insulina ou dos receptores caracteriza
uma das doenças metabólicas mais comuns: o diabetes mellitus.
Representação esquemática da captação de glicose. A) a insulina é liberada pelo
estímulo hiperglicêmico e forma um complexo insulina/receptor. B) a célula endocita o
complexo e possibilita a entrada de glicose para ser metabolizada. C) O receptor é
regenerado, a insulina degradada intracelularmente e o processo reinicia levando a
queda da glicemia plasmática.