FUNÇÕES BIOLÓGICAS DAS CERAS

 

 

 

FUNÇÕES BIOLÓGICAS DAS CERAS

                    As ceras apresentam diversas funções na natureza, especialmente por ter propriedade repelente à água e sua consistência firme. Dentre as principais funções, merecem destaque: Reserva energética – especialmente importante para a população de organismos marinhos flutuando livremente e que estão na base da cadeia alimentar dos ecossistemas aquáticos (o plâncton). Impermebializante – Alguns animais vertebrados possuem glândulas na pele que secretam ceras. A cera secretada por essas glândulas protegem o pêlo e a pele desses mantendo-os flexíveis, lubrificados e à prova de água (impermeáveis). Os pássaros marinhos, inclusive, secretam ceras de suas glândulas para manter suas penas repelentes à água, evitando o acúmulo de um sobrepeso – representado pelo líquido – sobre suas asas que comprometeria sua mobilidade no ar e na água. Proteção contra evaporação e ataque de parasitas. As folhas brilhantes de azevinhos, rododentros, marfim venenoso e muitas outras plantas tropicais são cobertas por uma grossa camada de cera. Essa camada de cera serve para impedir a evaporação excessiva da água – evitando sua desidratação – e proteger a planta do ataque de parasitas.

 

LIPÍDIOS DE MEMBRANAS BIOLÓGICAS

                   Os lipídios que entram na composição das membranas das células são moléculas anfipáticas. Esses lipídios apresentam uma cadeia hidrocarbonada apolar (denominada cauda) e um grupo polar (denominado cabeça). Essa estrutura em bicamada é estabilizada por interação hidrofóbica, que ocorre com a associação das caudas apolares desses lipí- dios, e as interações hidrofílicas – como pontes de hidrogênio – que ocorrem com os grupos polares e a água.

 

CLASSIFICAÇÃO DOS LIPÍDIOS DE MEMBRANAS BIOLÓGICAS

                   Os lipídios de membranas biológicas são agrupados em três classes: glicerofosfolipídios, esfingolipídios e colesterol. Os glicerofosfolipídios e esfingolipídios se agrupam em duas subclasses: fosfolipídios e glicolipídios. Os fosfolipídios são lipídios de membranas que apresentam fosfato em suas estruturas. Os glicolipídios são os lipí- dios que apresentam como grupo polar um monossacarídeo ou oligossacarídeos. A enorme diversidade de estruturas químicas que se observa nas classes dos lipídios de membranas se deve às diversas possibilidades de combinações das cadeias hidrocarbonadas dos ácidos graxos e com os grupos químicos que podem formar as cabeças polares.

 

 

GLICEROFOSFOLIPÍDIOS OU FOSFOGLICERÍDEOS

                   Estruturas dos glicerofosfolipídios. Os glicerofosfolipídios ou fosfoglicerídeos são os lipídios de membranas mais abundantemente encontrados nas membranas das células. Todos os lipídios dessa classe são derivados do ácido fosfatídico. O ácido fosfatídico é uma molécula formada por glicerol, duas unidades de ácidos graxos e um grupo fosfato. As molé- culas de ácidos graxos se ligam às hidroxilas (OH) do primeiro e do segundo carbono do glicerol e o grupo fosfato se liga a OH do terceiro carbono do glicerol.

Tipos de glicerofosfolipídios. Os glicerofosfolipídios são classificados de acordo com o álcool ligado ao grupo fosfato em: fosfatidilcolina (lecitina), fosfatidiletanolamina (cefalina), fosfatidilglicerol e fosfatidilserina (Figura 13). Os ácidos graxos freqüentemente encontrados nos glicerofosfolipídios apresentam uma cadeia hidrocarbonada contendo entre 16 e 20 átomos de carbono. Os ácidos graxos saturados são encontrados, geralmente, no C-1 do glicerol, enquanto a posição C-2 é freqüentemente ocupada por ácidos graxos insaturados.

 

 

ESFINGOLIPÍDIOS

                   Os esfingolipídios são formados por uma molécula de esfingosina (um aminoálcool de cadeia longa), um ácido graxo de cadeia longa e um grupo polar. Os carbonos, C-1, C-2 e C-3 da molécula de esfingosina são estruturalmente análogos aos três grupos hidroxila do glicerol, diferindo apenas pelo fato de que no C-2 é encontrado um grupo amino (NH2 ), em vez de uma OH. Quando o ácido graxo está ligado ao grupo -NH2 do C-2, o composto resultante é uma ceramida. Vale destacar, que a ceramida é o precursor estrutural de todos os esfingolipídios. Os esfingolipídios, todos eles derivados da ceramida, são classificados em: esfingomielinas e glicoesfingolipídios. Os glicoesfingolipídios, por sua vez, são subdivididos em, globosídeos, cerebrosídeos e gangliosídeos.

 

ESFINGOMIELINAS

                   As esfingomielinas possuem a fosfocolina ou a fosfoetanolamina como seu grupo polar ligado ao C-1 da ceramida. As esfingomielinas estão presentes na membrana plasmática de células animai e na bainha de mielina (membrana que envolve e isola os axônios dos neurônios).

 

GLICOESFINGOLIPÍDIOS

                   Os glicoesfingolipídios possuem uma ou mais unidades de monossacarídeos como grupo polar ligado à hidroxila (OH) do C-1 da ceramida. São agrupados em 4 classes: cerebrosídeos, globosídeos e gangliosídeos.

 

CEREBROSÍDEOS

                   São glicoesfingolipídios que apresentam apenas uma unidade de monossacarídeo ligado à ceramida. Os cerebrosídeos de galactose são encontrados na membrana plasmática de células dos tecidos nervoso. São denominados galactocerebrosídeo. Os cerebrosídeos de glicose são encontrados em membranas de tecidos não neurais e são denominados glicocerebrosídeo.

 

GLOBOSÍDEOS

                   São glicoesfingolipídios formados por duas ou mais unidades de monossacarídeos, normalmente di, tri e tetrassacarídeos. Os monossacarídeos que entram na composição desses lipídios são D-glicose, D-galactose ou N-acetil-D-galactosamina. Os globosídeos são encontrados na face externa da membrana plasmática, voltando-se para a matriz extracelular.

 

GANGLIOSÍDEOS

                   São os glicoesfingolipídios que apresentam estruturas químicas bem mais complexas quando comparados aos demais esfingolipídios. Nesses lipídios, o grupo polar é uma cadeia de oligossacarídeo formado por várias unidades de monossacarídeos que se ligam a OH do C-1. O que os diferencia dos globosídeos, é que nos gangliosídeos uma ou mais unidades de monossacarídeos são de ácidos N-acetilneuramínico (ácido siálico). Os gangliosídeos estão presentes em cerca de 6% da massa cinzenta do cérebro e em menores quantidades em tecidos não neurais. Os nomes dos gangliosídeos incluem letras e números subscritos. As letras M, D e T indicam que a molécula contém um, dois ou três resíduos de ácido siálico, respectivamente. Já os números designam a seqüência de açúcares ligados à ceramida. Os gangliosídeos GM1, GM2 e GM3 são os mais conhecidos.

 

ESTERÓIDES

                   Os esteróides são lipídios que se caracterizam por conter o núcleo esteróide composto de quatro anéis fundidos, A, B, C e D. Os esteróides não são formados por ácidos graxos. O colesterol é o principal esteróide presente nos tecidos animais, frequentemente encontrado nas membranas das células animais. O colesterol é uma molé- cula anfipática, cujo grupo polar é uma hidroxila que se liga ao C-3 do anel A. O grupo apolar do colesterol compreende tanto parte do núcleo esteróide quanto a longa cadeia hidrocarbonada que se liga ao carbono 13 do anel D.

                   Os ácidos biliares são esteróides formados a partir do colesterol. Como exemplo, temos o ácido taurocólico, cuja cadeia lateral no C17 do núcleo esteróide é hidrofílica. Os ácidos biliares atuam como detergentes nos intestinos, emulsificando as gorduras provenientes da dieta alimentar. Dessa forma, a ação dos agentes emulsificantes facilita a ação das lipases digestivas, enzimas que hidrolisam as gorduras obtidas da alimentação.

                   Os hormônios sexuais e do córtex da glândula adrenal são lipídios da classe dos esteróides. Exemplos dessa classe de esteróides são a testosterona (hormônio sexual masculino), o estradiol (hormônio sexual feminino), o cortisol e a aldosterona (hormônios do córtex adrenal).

 

METABOLISMO CELULAR

                   É o conjunto de reações químicas que ocorrem na célula para que ela possa desempenhar suas atividades.

ATP =  ADP + Pi + Energia

                   As moléculas de ATP não podem ser estocadas, desse modo, as células armazenam energia principalmente na forma de glicídios e lipídios.

                   Quando a célula precisa de ATP, elas metabolizam preferencialmente a glicose (da alimentação) por meio da Fermentação e da Respiração Celular, enquanto que os autótrofos produzem sua própria glicose por meio da Fotossíntese.

ESTUDO DOS TRIACILGLICERÓIS

 

ESTUDO DOS TRIACILGLICERÓIS

                   Uma vez concluído o estudo das estruturas químicas dos ácidos graxos, veremos agora como essas moléculas se combinam com os diferentes constituintes celulares, formando as diversas classes de lipídios encontrados na natureza. Iniciaremos, então, com o estudo dos triacilgliceróis, popularmente conhecidos como gorduras animais ou os óleos vegetais. Estrutura química. Os triacilgliceróis, também denominados triglicé- rides, triglicerídeos ou gorduras são formados por três moléculas de ácidos graxos, que se ligam covalentemente às hidroxilas (OH) do álcool glicerol.

                   Os triacilgliceróis são moléculas apolares ou hidrofóbicas essencialmente insolúveis em água. Os lipídios apresentam uma densidade específica menor do que a água e, por essa razão, as misturas de óleo e água se separam em duas fases. Isso pode ser facilmente constatado quando o óleo fica flutuando sobre a fase aquosa. O mesmo ocorre em mistura de óleo-vinagre, usualmente empregado para tempero de saladas e molhos de carnes.

 

FUNÇÕES DOS TRIACILGLICERÓIS

Função de reserva energética. Nos animais vertebrados, os adipócitos (as células que armazenam as gorduras) armazenam grandes quantidades de triacilgliceróis como gotículas de gordura. Os triacilgliceróis são também armazenados como óleos nas sementes de muitos tipos de plantas que ajudam na germinação. Nos seres humanos o tecido adiposo é composto principalmente de adipócitos situados sob a pele, na cavidade abdominal e nas glândulas mamárias (neste último caso, de grande importância para viabilizar o aleitamento materno). Isolante térmico para animais de climas muito frios. Esta é uma função especialmente importante para os animais que habitam as zonas polares do globo que suportam baixíssimas temperaturas. Animais como urso, foca e pingüins apresentam uma espessa camada de gordura sob a pele que impede a troca de calor do animal com o ambiente, mantendo assim seus corpos aquecidos.

 

CLASSIFICAÇÃO DOS TRIACILGLICERÓIS

                   Os triacilgliceróis são classificados em simples e mistos. Os triacilgliceróis simples apresentam o mesmo tipo de ácido graxo ligado às três hidroxilas do glicerol. Os triacilgliceróis mistos apresentam pelo menos dois ácidos graxos diferentes ligados à molécula de glicerol.

                   Os óleos vegetais e as gorduras animais são misturas complexas de triacilgliceróis simples e mistos. Esses triacilgliceróis contêm uma variedade de ácidos graxos que diferem quanto ao comprimento da cadeia e grau de saturação. Os óleos vegetais, como os óleos de milho e azeite de oliva são formados, principalmente, por triacilgliceróis que contêm ácidos graxos insaturados e, são, portanto, líquidos à temperatura ambiente. Já as gorduras animais são formadas, principalmente, por triacilgliceróis contendo ácidos graxos saturados. Como exemplo, é possível citar a triestearina – encontrada abundantemente em gordura bovina –, que é um sólido branco e gorduroso à temperatura ambiente.

 

CERAS OU GRAXAS

                   Outra classe de lipídios apolares ou hidrofóbicos são as ceras, também conhecidas como graxas. As ceras são ésteres de ácidos graxos saturados ou insaturados de cadeia longa (com 14 a 36 átomos de carbonos), com alcoóis de cadeia longa (contendo de 16 a 30 carbonos) como pode ser visto na Figura 9. A reação de formação de éster é denominada reação de esterificação. A esterificação resulta da reação de um éster pela união de um álcool e um ácido (neste caso um ácido graxo).

 

A QUÍMICA DOS ÁCIDOS GRAXOS

 

 

A QUÍMICA DOS ÁCIDOS GRAXOS

                   É importante iniciar o estudo dos lipídios abordando o conhecimento das estruturas químicas dos ácidos graxos (que não podem ser confundidos com lipídios, embora sejam moléculas orgânicas que entram na composição da maioria deles). Portanto, os ácidos graxos são as unidades bá- sicas da maioria dos lipídios. São ácidos monocarboxílicos (contendo apenas um grupo carboxila - COOH). O grupo carboxila se liga a uma longa cadeia hidrocarbonada, cujo número de carbono varia de 4 a 36. Os ácidos graxos mais abundantes na natureza apresentam um nú- mero par de átomos de carbono (12 a 24). Suas cadeias hidrocarbonadas são lineares. O número par de carbonos resulta da maneira como esses compostos são produzidos nas células, pois as reações de síntese dos ácidos graxos envolvem a condensação de unidades de acetato (dois átomos de carbono) levando a uma composição par de átomos de carbono. Os ácidos graxos com número ímpar de átomo de carbono podem ser encontrados na natureza, mas são bastante raros.

 

ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS E INSATURADOS

                   Os ácidos graxos podem ser classificados em saturados e insaturados. Os ácidos graxos saturados não apresentam duplas ligações em suas cadeias, enquantos os insaturados apresentam uma ou mais duplas ligações. Ácidos graxos saturados. O ácido graxo com cadeia hidrocarbonada saturada não apresenta duplas ligações. Esses ácidos graxos são sólidos a temperatura ambiente e são encontrados em gorduras animais. Ácidos graxos insaturados. São os ácidos graxos que contêm uma ou mais duplas ligações. Esses ácidos graxos são líquidos à temperatura ambiente e são encontrados em óleos vegetais (na seção 3.3 veremos a diferença entre óleos e gorduras). Os ácidos graxos que apresentam cadeia hidrocarbonada com uma única ligação dupla são mono insaturados, enquanto que os que apresentam cadeia hidrocarbonada com duas ou mais ligações duplas são poli-insaturados.

 

REPRESENTAÇÃO QUÍMICA DOS ÁCIDOS GRAXOS

 

                   A representação dos ácidos graxos saturados é determinada especificando o seu número de átomos de carbono (o comprimento da cadeia) e o número de duplas ligações por dois numerais separados por dois pontos. Nessa representação, o primeiro numeral significa o número de átomos de carbono e o segundo (o zero), indica que ele não apresenta nenhuma ligação dupla. Por exemplo, ácido graxo saturado com 16 átomos de carbono, o ácido palmítico, é representado por 16:0.

                   Outros exemplos dessa classe são os ácidos: láurico (12:0), mirístico (14:0), palmítico (16:0) e esteárico (18:0). Os ácidos graxos insaturados podem ser representados tanto pelo sistema delta (D), que se caracteriza por nomear o carbono a partir da extremidade que contém a carboxila (COOH); como pela representa- ção n-w, em que a numeração do carbono inicia-se com a extremidade que tem o grupo metil (CH3 ).

 

REPRESENTAÇÃO PELO SISTEMA DELTA (D)

                   Para ácidos graxos monoinsaturados. O ácido oléico com 18 carbonos e uma dupla ligação é representado no sistema delta (D) como 18:1(D9 ). Nessa representação, o numeral 18 significa os 18 átomos de carbonos do ácido graxo e o numeral 1 o número de dupla ligação desse ácido graxo, que é apenas uma. A letra grega seguida pelo numeral 9 sobrescrito (D9) , significa que a dupla ligação se encontra entre o C-9 e C10 (o carbono carboxílico é o C-1).

 

                   Para ácidos graxos poli-insaturados. As posições de quaisquer duplas ligações são especificadas pela letra grega (delta) seguida por numerais sobrescritos, como vimos no exemplo anterior. O ácido linoléico é um ácido graxo com 18 átomos de carbonos e com duas duplas ligações, (sendo a primeira delas encontrada entre os C-9 e C-10 e a outra entre os C-12 e C-13). Esse ácido graxo é representado por 18:2.

 

LIPIDIOS

                   Quando se fala em lipídios é comum associar esta classe de biomolé- culas às gorduras, mas como veremos em nosso estudo, as gorduras são apenas uma das espécies de lipídios. Essa associação equivocada se explica pelo fato de a maioria dos lipídios ter como característica comum uma natureza oleosa. Os lipídios são biomoléculas abundantemente encontradas na natureza. Eles estão presentes em diversos alimentos como gema do ovo, leite, gorduras animais e óleos vegetais, etc. Os lipídios formam uma classe bem complexa de biomoléculas, que se caracterizam mais por sua solubilidade em solventes orgânicos apolares (como clorofórmio, éter, benzeno) e baixa solubilidade em solventes polares (como água, etanol, metanol) e não por apresentar algum grupo funcional comum a todos eles. Os lipídios se diferenciam das outras biomoléculas estudadas por não formarem polímeros, como observado entre as prote- ínas, os carboidratos e os ácidos nucléicos. A maioria dos lipídios é formada por ácido graxo, que é um ácido orgânico mono carboxílico. Os lipídios desempenham diversas e importantes funções biológicas, atuando, por exemplo, como reserva energética de plantas e animais , isolante térmico e mecânico do corpo de animais, estrutural (como componentes das membranas biológicas), agentes emulsificantes (ácidos biliares), fun- ção coenzimática (as vitaminas lipossolúveis A, D, E, K), entre outras.

                   Os lipídios são moléculas orgânicas que não se caracterizam por apresentarem um grupo químico comum, mas sim por sua natureza oleosa e solubilidade em solventes orgânicos apolares como clorofórmio, éter, benzeno, entre outros.

 

FUNÇÕES DOS LIPÍDIOS

                   Os lipídios desempenham diversas funções na natureza, merecendo destaque as seguintes: – Reserva energética dos animais e sementes oleaginosas - Os lipídios são armazenados nas células de animais e plantas na forma de triacilgliceróis ou triglicerídeos (popularmente conhecidos como gorduras); – São componentes estruturais das membranas biológicas - As membranas das células animais e vegetais são estruturas formadas por proteínas e lipídios. Os lipídios que compõem a membrana biológica são moléculas anfipáticas (que apresenta natureza dupla: polar e apolar) e formam uma bicamada lipídica separando dois ambientes aquosos; o líquido intracelular (o citossol, na parte interna) e o extracelular (a matriz extracelular, que fica fora da célula). – Oferecem isolamento térmico, elétrico e mecânico para proteção de células e órgãos e para todo o organismo.

 

CLASSIFICAÇÃO DOS LIPÍDIOS

                   Os lipídios se classificam em cinco classes, a saber: – Triacilgliceróis; – Ceras; – Glicerofosfolipídios; – Esfingolipídios e – Esteróides

COMO OS CATALISADORES ACELERAM VELOCIDADES DE REAÇÕES QUÍMICAS

COMO OS CATALISADORES ACELERAM VELOCIDADES DE REAÇÕES QUÍMICAS

                   Uma reação química, tal como um reagente ou substrato (S) formando um produto (P) somente formará o produto P, se uma determinada fração das moléculas de S, em qualquer instante considerado, possuir energia suficiente para ser levada ao topo da colina de energia, o estado de transição). A energia de ativação é a quantidade de energia necessária para levar o substrato para o estado de transição. No estado de transição o substrato (S) está num estado ativado, com igual possibilidade dos reagentes (S) formarem os produtos (P) da reação, ou retornarem à condição inicial, não reagindo.

                   Para as reações químicas reversíveis (reações que ocorrem nos dois sentidos, ou seja, S produzindo P ou P produzindo S) como a reação em que um substrato S forma um produto P, representada por SP, podemos fazer as seguintes observações:

1. Se a reação se dá no sentido de formação do produto P, diz-se que ela é energeticamente favorável, portanto, exotérmica (libera calor para o meio).

2. Se a reação ocorre no sentido de formação de S, diz-se que ela é energeticamente desfavorável, portanto, endotérmica (absorve calor). Para que uma reação endotérmica ocorra é necessária a adição de energia.

 

CONDIÇÕES QUE RESULTAM NO AUMENTO DA VELOCIDADE DE REAÇÕES QUÍMICAS

                   A velocidade de uma reação química pode ser acelerada aumentando a concentração do reagente químico no estado de transição, aumentando a temperatura do meio em que a reação está ocorrendo e adicionando um catalisador a essa reação. Concentração de reagentes no estado de transição. A velocidade de qualquer reação química é proporcional à concentração de reagentes no estado de transição. Portanto, a velocidade de uma reação química será muito alta se uma grande fração das moléculas de reagentes estiver no estado de transição, mas essa velocidade será muito baixa se apenas uma pequena fração de reagentes estiver no estado de transição.

Aumento de temperatura. A velocidade de uma reação química pode ser acelerada pela elevação da temperatura da reação. Isso provoca um aumento de colisões entre os reagentes, o que faz com que grande parte deles possua energia interna suficiente para alcançar o estado de transição.  Geralmente a velocidade de uma reação dobra quando a temperatura aumenta de 10° C.

Adição de catalisador. A velocidade de uma reação pode ser aumentada também pela adição de um catalisador, que direciona as reações, por uma via de mais baixa barreira energética de ativação. Desta forma, os catalisadores diminuem a energia de ativação das reações, permitindo que uma fração muito maior de moléculas de uma dada reação forme produtos por unidade de tempo.

 

COMO AS ENZIMAS ACELERAM VELOCIDADES DE REAÇÕES QUÍMICAS

                   As enzimas aceleram a velocidade de uma reação química diminuino a energia de ativação. As enzimas não são modificadas (em termos químicos) ou consumidas nessa reação química. As enzimas não modificama constante de equilíbrio (Keq), nem alteram a variação de energia livre da reação (DG). A constante de equilíbrio (keq) de uma reação química reversíveis mede a concentração de reagentes e produtos quando a reação atinge o equilíbrio. A Energia Livre de Gibbs (G) é a forma de energia que realiza trabalho sob temperatura e pressão constantes. Como as reações das células ocorrem num ambiente de temperaturas e pressão constantes, diz-se que a energia livre é a energia das reações que ocorrem no ambiente celular. A Energia Livre de Gibbs padrão (Go) é a energia das células em que os reagentes e produtos estão em concentrações padrões, ou seja, 1M, temperatura a 25oC, pressão de 1 atm e pH 7,0. A variação da energia livre padrão de Gibbs é representada por (DGo).

 

EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

                   Se testarmos o efeito da variação crescente da concentração de substrato em função da velocidade da reação, num meio em que a concentração da enzima é mantida constante, observaremos o seguinte: a concentrações bastante baixas de substrato, a velocidade da reação será igualmente baixa. Incrementos consideráveis da concentração do substrato resultarão em aumentos pronunciados da velocidade enzimática. Com aumentos significativos das concentrações do substrato, a velocidade da reação sofrerá pouca alteração. Isso ocorre devido às enzimas demonstram o efeito de saturação por seus substratos. Essa saturação significa que todas as enzimas estão com seus sítios ativos ligados ao substrato. Portanto, a partir desse ponto não importa o quanto seja aumentada a concentração do substrato, a curva da velocidade tenderá a aproximar-se de um máximo, sem que nunca seja alcançado. Essa velocidade da reação corresponde à velocidade máxima (Vmax) da enzima.

 

EFEITO DO pH NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

                        A maioria das enzimas apresenta um valor de pH em que a sua atividade catalítica é máxima. Esse valor de pH é denominado pH ótimo. A atividade da enzima é afetada (é reduzida) quando ela está num meio cujo valor de pH varia em torno do pH ótimo. O pH ótimo de uma enzima não é necessariamente idêntico ao pH do meio em que normalmente ela se encontra; esse pode estar um pouco acima ou abaixo do valor do pH ótimo. Variações bruscas de pH, tanto para valores ácido como alcalino, podem causar a desnaturação da enzima, com consequente perda da sua atividade biológica.

 

EFEITO DA TEMPERATURA NA ATIVIDADE ENZIMÁTICA

                   A velocidade das reações enzimáticas aumenta com a temperatura, dentro de determinada faixa na qual a enzima é estável e mantém sua atividade catalítica. A velocidade das reações enzimáticas duplica a cada elevação de 10o C. Mesmo que as reações catalisadas por enzimas pareçam muitas vezes apresentar uma temperatura ótima, o pico desse gráfico de atividade enzimática versus temperatura ocorre desta forma porque as enzimas, sendo proteínas, são desnaturadas pelo calor e se tornam inativas à medida que a temperatura é elevada. O “ótimo” de temperatura é assim resultante de dois processos:

1. o aumento usual na velocidade de reação com a temperatura e

2. o valor crescente de desnaturação térmica da enzima acima de uma temperatura crítica.

                   A maioria das enzimas perde a sua atividade enzimática com temperaturas acima de 55o C. Outras enzimas mantêm suas atividades com temperaturas superiores a 55º C. As enzimas de várias espécies de bactérias termofílicas (que habitam as fontes de água extremamente quente, como as águas vulcânicas), apresentam atividade enzimática com temperaturas superiores a 85o C. A taqpolimerase, uma enzima obtida de bactérias termofílicas é utilizada em técnicas de Biologia Molecular, amplificando moléculas de DNA. Essa enzima atua a temperaturas tão altas quanto 85º C. A ribonuclease perde sua atividade com o aquecimento, mas a recupera com o resfriamento.

 

ESTRUTURA DO SÍTIO ATIVO DAS ENZIMAS

                   O sítio ativo da enzima é uma fenda ou sulco tridimensional localizado na superfície da enzima. É formado pelos grupos das cadeias laterais dos aminoácidos. Os aminoácidos do sítio ativo estão distantes entre si na seqüência primária da enzima, mas se aproximam com o enovelamento da cadeia polipeptídica da enzima. Esse enovelamento é o resultado de interações não-covalentes na estrutura terciária, quando tratamos da estrutura terciária das proteínas globulares.

                   O sítio ativo de uma enzima ocupa somente uma pequena parte da molécula de enzima. Cerca de doze resíduos de aminoácidos estão envolvidos na formação do sítio ativo de uma enzima. Dos doze aminoácidos, apenas dois ou três participam da ligação com substrato.

                   Então, qual é a lógica molecular que explica o fato das enzimas serem proteínas grandes e não moléculas pequenas como di e tripeptídeos? Se considerarmos que os dois ou três grupos R se ajustam perfeitamente num espaço tridimensional, um peptídeo pequeno, linear, pode conter todos os grupos necessários na ligação do substrato, porém as distâncias fixas das ligações e dos ângulos não permitiriam que os grupos R assumam a forma necessária. Uma proteína grande composta de centenas de resíduos de aminoácidos pode se curvar, torcer e se enrolar sobre si mesma e, portanto, fixar exatamente a posição dos grupos R no espaço. Os outros resíduos de aminoácidos (não catalíticos) têm função igualmente importante, o de manter a estrutura terciária da enzima através das ligações não covalentes como: pontes de hidrogênio, ligação iônica, interação hidrofóbica e a ligação covalente: ponte dissulfeto (S-S).

 

ESPECIFICIDADE ENZIMÁTICA

                 A especificidade enzimática é a propriedade das enzimas apresentar preferência por seus substratos. Quanto à especificidade as enzimas se classificam absolutas e relativas.

Especificidade absoluta. As enzimas que apresentam especificidade absoluta por um dado substrato, não ligam em seu sítio ativo nem mesmo moléculas bastante semelhantes, como os isômeros. Um bom exemplo disso é a enzima aspartase, encontrada em plantas e bactérias. A aspartase catalisa a adição reversível de íon amônio (+NH4) à dupla ligação do fumarato, produzindo o L-aspartato. Entretanto, a aspartase não promove a adição de íon amônio a nenhum outro ácido insaturado (ou seja, que apresenta dupla ligação). A aspartase não reconhece nem o D-aspartato nem o maleato como substratos. O D-aspartato é o isômero óptico do L-aspartato e maleato é o isômero cis do fumarato. A aspartase apresenta tanto especificidade óptica por seu substrato, (reconhecendo diferenças entre as formas D- e L- do aspartato) quanto especificidade geométrica (discriminando as forma trans e cis do fumarato e maleato). A aspartase é uma enzima estereoespecífica, ou seja, apresenta a propriedade da estereoespecificidade.

                   A estereoespecificidade permite as enzimas reconhecer moléculas de acordo com as suas formas.

 

ESPECIFICIDADE RELATIVA

                   As enzimas que apresentam especificidade relativa por seus substratos, reconhece grupos químicos comuns encontrados nas estruturas dos substratos. A quimotripsina (uma das enzimas da digestão) catalisa a hidrólise de alguns peptídeos. A quimotripsina cliva (quebra) ligações peptídicas cujo grupo carbonila é de um dos aminoácidos aromáticos (fenilalanina, tirosina e triptofano).

 

ENZIMAS

                   As enzimas são proteínas com a função específica de acelerar reações químicas nas células. A maioria das enzimas é proteína globular, excetuando- se as ribozimas, que são enzimas de ribonucleotídeos, as unidades do RNA. As enzimas são os catalisadores mais notáveis, devido às propriedadesdescritas abaixo:

Catalisam reações nas condições do ambiente celular. As enzimas são capazes de acelerar velocidades de reações nas condições do ambiente celular, ou seja, a uma temperatura de 37oC e pH de 7,4 (valor do pH do plasma sanguíneo). Os catalisadores químicos (como platina e níquel) atuam apenas sob temperatura muito elevada, pressão alta e valores de pH ácido ou básico. Se as enzimas atuassem em condições tão extremas como os catalisadores químicos, a vida de animais (como os mamíferos) não seria possível, pois essas condições levariam inevitavelmente à destruição da célula.

Apresentam especificidade por seu substrato. Diferentemente dos catalisadores químicos que não demonstram especificidade por seus substratos, as enzimas são específicas por seus substratos. As ações catalíticas das enzimas não levam à formação de contaminantes..

Apresentam alto poder catalítico. As enzimas podem acelerar velocidade de reações químicas multiplicando-a por fatores de 1017. Na ausência de enzimas, a maioria das reações biológicas seria tão lenta, que essas reações não ocorreriam nas condições de temperatura e pH das células. Por exemplo, a hidratação do dióxido de carbono (CO2,) formando o ácido carbônico (H2CO3) na célula, pode ocorrer sem a presença de enzima, no entanto, essa reação levaria muito tempo para se completar, o que não seria compatível com as necessidades das células. A hidratação do CO2, catalisada pela anidrase carbônica, ocorre em uma velocidade incomparavelmente alta.

Apresentam regulação de sua atividade catalítica. As enzimas reguladoras (alostéricas e as enzimas reguladas covalentemente) têm suas ações catalíticas reguladas de acordo com as necessidades metabólicas das células. As moléculas que se ligam à estrutura protéica da enzima alostéricas, regulando a sua atividade catalítica são denominados moduladores, efetores ou reguladores. Os moduladores podem ser tanto ativadores quanto inibidores da atividade catalítica.

 

COFATORES E COENZIMAS

                   Como proteínas, as enzimas podem ser também simples e conjugadas, As enzimas conjugadas necessitam de cofatores (moléculas orgânica ou inorgânica) para exercer as suas atividades catalíticas. Os cofatores se ligam (transitória e frouxamente) ao sítio ativo da enzima por interações químicas não-covalente, como também podem se ligar (permanentemente) por ligação covalente. Nem toda enzima requer um cofator para exercer a sua atividade catalítica, exemplo desta classe são as enzimas ribonuclease, tripsina, quimotripsina, etc. Os cofatores inorgânicos são normalmente íons metálicos, como Fe2+, Cu2+, Zn2+. O cofator orgânico é denominado coenzima.

                   A porção protéica da enzima conjugada é a apoproteína ou apoenzima. Quando o cofator se liga firme e permanentemente ao sítio ativo da enzima é denominado grupo prostético. Exemplo: o grupo heme da hemoglobina. Desta forma, a enzima conjugada cataliticamente ativa, ou seja, ligada ao seu cofator é denominada holoenzima.

Cofatores metálicos

 

 

NOMENCLATURA E CLASSIFICAÇÃO DAS ENZIMAS

                   Muitas enzimas são ainda designadas em livros textos de bioquímica por seu nome comum, cuja regra na maioria dos casos é feita de duas formas a saber:

                   Pela adição do sufixo -ase ao nome do substrato sobre os quais elas atuam; por exemplo, a enzima que hidrolisa a uréia é denominada urease; o amido, a amilase; ésteres do fosfato, as fosfatases. Outras são designadas pelo tipo de ação catalítica que realizam, tais como, anidrase carbônica; D-amino oxidase; lactato desidrogenase. Algumas levam nomes vulgares como a tripsina, pepsina, emulsina, etc. Pela designação de nomes comuns, como os das proteínas, que se caracteriza pela terminação ina, como: tripsina, pepsina, emulsina, etc.

                   A União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (IUBMB) adotou um sistema racional e prático de nomenclatura identificando as enzimas em seis classes, de acordo com a natureza da reação química que catalisam. Para cada enzima, são atribuídos dois nomes e um número de classificação de quatro dígitos que identificam as classes, as subclasses e as sub-subclasses. Mas essa nomenclatura não será objeto do nosso estudo, para nossos propósitos será mencionada nessa aula apenas a classificação internacional sistemática para as enzimas adotada pela IUBMB.

                   Nessa classificação as enzimas são agrupadas em seis classes segundo o tipo de reação catalisada: oxirredutases, transferases, hidrolases, liases, isomerases e ligases.

a) Oxirredutases. Catalisam reações de óxido-redução (reações com transferência de elétrons). Essa classe é subdivida em várias subclasses como, por exemplo:

– Desidrogenases. Catalisam reações de óxido redução removendo elétrons na forma de um íon hidreto de seus substratos. O íon hidreto é um átomo de hidrogênio carregado negativamente e com dois elétrons (-H:);

– Redutases. Catalisam reações de redução, ou seja, adicionam átomos de hidrogênio ao substrato.

– Oxigenases. Catalisam a adição do oxigênio molecular ao substrato.

b) Transferases. São enzimas que catalisam reações de transferência de grupos, como por exemplo:

– Transaminases ou aminotransferases. Transferem grupos amino (NH2) de um aminoácido para um cetoácido.

– Quinases ou cinases. Transferem um grupo fosfato de um composto fosforilado, como o ATP, para seus substratos.

c) Hidrolases. São enzimas que catalisam reações de hidrólise, como por exemplo:

– Hidroxilases – adicionam um átomo de oxigênio do O2 no substrato, produzindo um grupo hidroxila (OH).

– Glicosidases. Hidrolisam ligações glicosídicas, ligações covalentes que unem os monossacarídeos

– Peptidases. Hidrolisam ligações peptídicas.

d) Liases. Catalisam reações de adição de grupos químicos a duplas ligações ou retiram esses grupos, produzindo duplas ligações.

e) Isomerases. Catalisam reações que levam a formação de isômeros.

f) Ligases. Catalisam reações em que há formação de ligações covalentes C-C, C-S, C-O e C-N acopladas à energia de hidrólise de compostos do tipo nucleotídeo trifosfato como ATP, ou de outros compostos ricos em energia que não nucleotídeos trifosfatos.

 

PROTEINAS

                   As proteínas são as biomoléculas mais abundantes da matéria viva, representando cerca de 50 a 80% do peso seco da célula (sem o peso da água) sendo, portanto, o composto mais abundante de matéria viva. Nos animais, as proteínas correspondem à cerca de 80% do peso dos músculos desidratados, cerca de 70% da pele e 90% do sangue seco. São compostos orgânicos formados por carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, e enxofre. Algumas proteínas contêm elementos adicionais, particularmente fósforo, ferro, zinco e cobre. Essas biomoléculas apresentam elevadas massas moleculares. São encontradas em todas as partes das células e desempenham funções fundamentais na manutenção dos processos vitais de todos os organismos vivos como o transporte de oxigênio, função essa desempenhada no sangue pela hemoglobina e nos tecidos pela mioglobina. Daí por que o motivo que explica o termo proteína ser derivado da palavra grega proteos, significando “a primeira” ou a “mais importante”. Todas as proteínas são formadas a partir do mesmo conjunto dos 20 aminoácidos padrões, ligados covalentemente em seqüências lineares características, sequências essas denominadas estrutura primária.

 

ALGUMAS FUNÇÕES BIOLÓGICAS DAS PROTEÍNAS

                    As proteínas são as biomoléculas com as mais diversas e versáteis funções biológicas, como: Catalisadores biológicos (enzimas). Aceleram velocidade de reações quí- micas. Exemplos: As enzimas ribonuclease, tripsina, etc. Proteínas de transporte. Atuam no transporte de moléculas nas células, como por exemplo, a hemoglobina que transporta oxigênio dos pulmões para os tecidos e a mioglobina, que armazena oxigênio nos músculo, transportando-o, quando necessário para as mitocôndrias. Proteínas nutritivas e de reserva energética. São nutrientes necessá- rios no desenvolvimento dos seres vivos e na manutenção dos seus processos vitais. Exemplos: gliadina, proteína das sementes de trigo, é necessária na germinação dessa planta; zeína, encontrada nas sementes do milho; ovoalbumina, proteína clara do ovo, é o alimento do embrião Proteínas contráteis ou de movimento. Desempenham função contrátil ou de conferir movimento. A actina e a miosina, proteínas dos músculos envolvidas na contração muscular. As dineínas são famílias de proteínas motoras que executam movimentos. Proteínas estruturais. São as proteínas que dão forma e sustentação aos tecidos, como por exemplo: colágeno, elastina, a e b-queratinas, etc. Transportadores de elétrons. Essas proteínas transportam elétrons das coenzimas (NADH e FADH2 ) produzidas no metabolismo ao oxigê- nio, o aceptor final de elétrons na célula como os citocromos, proteí- nas da cadeia respiratória. Proteínas de defesa. Atuam na defesa de seres vivos contra ação de pató- genos (agentes causadores de doenças como vírus, fungos e bactérias), de predadores, etc. O veneno de serpente contém proteínas tóxicas, que uma vez lançada na circulação de suas presas ou de seus predadores, podem levá-los a morte. A ricina, toxina vegetal encontrada nas sementes da mamona, defende essa planta do ataque de herbívoros, evitando, assim, que eles comam as suas sementes. Os anticorpos são proteínas secretadas pelos linfócitos b, cuja função é proteger o corpo do ataque de antígenos, como bactérias. Proteínas reguladoras. Atuam na regulação nos níveis de determinados constituintes celulares. A insulina, hormônio protéico, regula os níveis da glicose sangüínea. Quando a glicose está elevada no sangue, a insulina é secretada pelas células b do pâncreas, facilitando a passagem da glicose pelas membranas celulares, para que ela seja armazenada na forma de glicogênio.

 

VALORES NUTRICIONAIS DAS PROTEÍNAS ANIMAIS E VEGETAIS

            Para um alimento ser considerado uma boa fonte de proteína, deve apresentar as seguintes características: ser rico em aminoácidos essenciais, ser de boa digestibilidade e não conter princípios tóxicos. As proteínas vegetais são importantes fontes de alimentos para homens e animais domésticos, contudo, o valor delas como excelentes fontes de proteínas é limitado por: sua baixa composição em aminoácidos essenciais, sua baixa digestibilidade e, em alguns casos, como as sementes de algodão e mamona, por apresentar princípios tóxicos para homem e animais. Por sua vez, as proteínas obtidas de fontes animais são ricas em aminoácidos essenciais e são de boa digestibilidade, sendo consideradas melhores do que as proteínas vegetais em termos nutricionais. As proteínas ovoalbumina, obtida da clara do ovo, a caseína, do leite, são excelentes fontes protéicas de origem animal. Contudo, existem proteínas animais pobres em aminoácidos essenciais, como o colágeno. A gelatina é um produto alimentício obtido da hidrólise do colágeno, portanto, essa não é uma boa fonte protéica.

 

CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS QUANTO À SOLUBILIDADE

                   Quanto à solubilidade ou insolubilidade em água as proteínas são classificadas em: albuminas, globulinas glutelinas, prolaminas, protaminas e escleroproteínas. As albuminas são solúveis em água ou solução de cloreto de sódio 0,9% (NaCl 0,9%) diluída; as globulinas, insolúveis em água, mas solúveis em solução de NaCl, as glutelinas, solúveis em solu- ções ácidas ou soluções básicas; as prolaminas, solúveis em solução de etanol 70 - 80%, mas insolúveis em água.

 

Tabela - Classificação das proteínas quanto à solubilidade

 

 

CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS QUANTO À COMPOSIÇÃO

                   Quanto à composição, as proteínas são classificadas em simples e conjugadas. As proteínas simples são formadas somente por aminoácidos, enquanto que as proteínas conjugadas apresentam um cofator ligado à cadeia polipeptídica. O cofator é um grupo químico de natureza inorgânica (normalmente um íon metal como o Fe2+, Cu2+, Mg2+, etc.) ou de natureza orgânica (composto de carbono, como o grupo heme da hemoglobina). O cofator de natureza orgânica é denominado coenzima. Quando o cofator se liga de forma covalente a cadeia polipeptídica da proteína conjugada ele passa a ser denominado grupo prostético A apoproteína é a porção protéica da proteína conjugada sem o cofator ou grupo prostético, enquanto holoproteína refere-se à proteína conjugada completa, ou seja, ligada ao seu cofator ou grupo prostético. As proteínas conjugadas são classificadas de acordo com a natureza química dos cofatores em: lipoproteínas, glicoproteínas, fosfoproteínas, hemeproteínas, flavoproteínas, metaloproteínas, etc.

 

Tabela - Classificação das proteínas conjugadas

 

 

CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO NÚMERO DE CADEIAS POLIPEPTÍDICAS

                   Quanto ao número de cadeias polipeptídicas as proteínas são classificadas em monoméricas e multiméricas. Proteínas monoméricas. São formadas por apenas uma única cadeia polipeptídica. Exemplos: Mioglobina, albumina, caseína, etc. Proteínas multiméricas. São formadas por mais de uma cadeia polipeptídica, interligadas por ligação covalente. Dentre as multiméricas existem ainda as proteínas oligoméricas, que são formadas por mais de uma cadeia polipeptídicas não interligadas por ligação covalente. A a hemoglobina é um exemplo clássico de proteína oligomérica. A hemoglobina é formada por quatro cadeias polipeptídicas, sendo duas cadeias a e duas cadeias â. A estrutura dessa proteína será estudada mais detalhadamente na aula “estruturas tridimensionais e funções biológicas das proteínas globulares”.

 

CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS QUANTO À FORMA

                   De acordo com a sua estrutura ou forma, as proteínas são classificadas em fibrosas e globulares. As proteínas fibrosas são insolúveis em água e desempenham funções estruturais e de proteção externa, como por exemplo, a a-queratina, encontrada em estruturas como: garra de animais, cabelo, pena, casco de animais. Como muitas proteínas dessa classe formam estruturas em forma de fibras foram denominadas fibrosas. Nem toda proteína fibrosa apresenta estrutura em forma de fibra, exemplo disso são a elastina, alguns tipos de colágenos e as â-queratinas, sendo consideradas como dessa classe devido a sua insolubilidade em água e as suas funções estruturais.

 

Tabela: Tipos de proteínas fibrosas