Apostila Bioquimica Usp

7/31/2019 Apostila Bioquimica Usp

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UNIVERSIDADE DE SO PAULOINSTITUTO DE QUMICA

BIOQUMICA QBQ 0215FARMCIA NOTURNO

Professores

Nadja C. de S. P. Lardner ([email protected]) coordenadoraFabio L Forti ([email protected])

Ricardo J. Giordano ([email protected])

Mrio Jos Politi ([email protected])Monitor

Reginaldo Almeida da Trindade

2009


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Apresentao QBQ 0215

Curso de Bioqumica para estudantes do curso noturno da Faculdade de CinciasFarmacuticas.Perodo: Segundo semestre de 2009.

Horrio: 19:00 s 23:00 s quartas- e quintas-feiras; 8:00 s 12:00 aos sbados

Local: Salas 9 e 10 do B6 Trreo IQUSP

Neste curso as atividades estaro distribudas em: I-aulas expositivas conforme os

temas constantes no cronograma; II-estudos dirigidos em sala de aula, com superviso dos

professores e monitores (PE); e III- resoluo de exerccios para consolidao dos temas

apresentados, em Grupos de Discusso (GD) que sero realizados aos sbados.

As quartas e quintas-feiras sero apresentadas aulas expositivas, seguidas de

perodos de estudo e exerccios para fixao das matrias. Destes exerccios um ser

selecionado no dia para entrega individual pelos alunos. Este exerccio constar paraavaliao de participao. Desta maneira, o esquema geral para as quartas- e quintas-

feiras ser:

19:00 s 20:30 aula expositiva

20:30 s 20:45 intervalo

20:45 s 22:00 perodo de estudos e exerccios

22:00 s 23:00 discusso e Exerccio do Dia

Aos sbados sero apresentadas aulas expositivas de integrao, seguidas de GDs.Os grupos de discusso consistem de exerccios monitorados para o aprofundamento do

conhecimento pelos estudantes. Os temas da semana sero, ento, avaliados atravs de

Prova tipo GD para ser realizada por grupos de 5-6 alunos; a mdia aritmtica de todas as

Provas GD (GD) compor a nota final, como descrito abaixo. O cronograma para os

sbados ser:

8:00 s 9:45 Aula de Integrao

9:45 s 10:00 intervalo

10:00 s 12:00 Prova GD

Alm das atividades descritas acima, teremos a preparao e apresentao de um

seminrio por grupo, como distribudo no programa. Os temas de seminrio sero

apresentados e distribudos no incio do curso, com um perodo de cerca de dois meses

para a preparao das apresentaes. As apresentaes sero aos sbados, comforme o

cronograma, e devem ser de 25-30 min; sugerimos que os grupos abordem seus temas


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como propostas de projetos de pesquisa. Os semirios sero avaliados e comporo a nota

final, como descrito abaixo.

Avaliao

O critrio de avaliao ser feito de acordo com a Frmula,

MF = [P1 + P2 + P3 + P4 + (GD + S)/2]/5

Onde:

MF = mdia final

P1-4 = provas 1 a 4

GD = mdia de provas GD

S = nota de seminrio

A mdia mnima para aprovao Cinco.

Para os alunos que perderem alguma prova teremos uma Prova Substitutiva ao final

do curso. Nesta Prova constar toda a matria do semestre.

Bibliografia

Portugus:Bioqumica Bsica - A. Marzzoco & B.B. Torres - Ed. Guanabara Koogan 2a ed. - 1999.

Princpios de Bioqumica - A.L. Lehninger, D.L. Nelson & M.M. Cox - Ed. Sarvier - 1995.

Bioqumica - J. M. Berg, J.L. Tymoczko & L. Stryer - W.H.Freeman and Company 5th ed. -

2002.

Fundamentos de Bioqumica D. Voet, J. G. Voet & C. W. Pratt Artmed Editora- 2000.

Ingls:

Lehninger Principles of Biochemistry - D.L. Nelson & M.M. Cox - Worth Publishers - 3rd

ed. -2000.

Biochemistry - J. M. Berg, J.L. Tymoczko & L. Stryer - W.H.Freeman and Co. - 5 th ed. -

2002.

Biochemistry - D. Voet & J.G. Voet - John Wiley & Sons - 2004.

Biochemistry - C. K. Mathews & K.E. van Holde - The Benjamin/Cummings Publishing Co.

- 1996.


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Principles of Biochemistry - H.R. Horton, L.A. Moran, R.S. Ochs, J.D. Rawn & K.G

Scrimgeour Prentice Hall - 1993.

Principles of Biochemistry - G.L. Zubay, W.W. Parson & D.E. Vance - WCB Publishers -

1995.


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PROFESSORES:

Prof. Dr. Nadja Cristhina de Souza P. Lardner (coordenador) Bloco 10 Sup., Sala 1065

Fone: 3091-3810 r 242

Prof. Dr. Fabio Luis Forti Bloco 9 Inf., Sala 908

Fone: 3091-3810 r 216

Prof. Dr. Ricardo Giordano Bloco 10 Inf., Sala 1011

Fone: 3091-3810 r 233

Prof. Dr. Mrio Jos Politi Bloco 12 Sup., Sala 1258

Fone: 3091-3877

MONITORES:

Reginaldo Almeida da Trindade e-mail:[email protected]


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Cronograma

2O SEMESTRE FARMCIA 2008QBQ 215

Agosto dias Mdulos19/08 P quarta Apresentao / gua, tampes, pH do sangue20/08 P quinta Aminocidos: Funes e Propriedades22/08 P sbado Aula integrao & GD 126/08 P quarta Estrutura e funo de Protenas I27/08 P quinta Estrutura e funo de Protenas II29/08 P sbado Aula integrao & GD 2Setembro -02/09 P quarta Enzimas - conceitos gerais03/09 P quinta Cintica enzimtica05/09 R sbado Aula integrao & GD 3

09/09 P quarta cidos Nuclicos e Estruturas10/09 P quinta Acares e Polissacardeos12/09 P sbado Aula integrao & GD 416/09 P quarta Prova 117/09 P quinta Lipdeos e membranas19/09 P sbado Aula integrao & GD 523/09 P quarta Colesterol, partculas carreadoras e sais biliares24/09 P quinta Bioenergtica e ATP26/09 P sbado Aula integrao & GD 630/09 P quarta GlicliseOutubro -01/10 P quinta Ciclo de Krebs03/10 P sbado Aula integrao & GD 707/10 P quarta Fosforilao Oxidativa08/10 P quinta Prova 210/10 P sbado GD 8 e Seminrios (2)14/10 - quarta Semana da Farmcia (no haver aula)15/10 - quinta Semana da Farmcia (no haver aula)17/10 - sbado Semana da Farmcia (no haver aula)21/10 F quarta Ciclo das Pentoses22/10 F quinta Neoglicognese24/10 F sabado GD 9 e Seminrios (2)28/10 - quarta Dia do funcionrio pblico (no haver aula)

29/10 F quinta Metabolismo de Glicognio31/10 F sabado GD 10 e Seminrios (2)Novembro -04/11 F quarta cidos Graxos - Degradao05/11 F quinta cidos Graxos - Sntese07/11 F sbado GD 11 e Seminrios (2)11/11 R quarta Metabolismo de Amino cidos12/11 R quinta Prova 314/11 P sabado GD 12 e Seminrios (2)


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18/11 R quarta Ciclo da Uria19/11 R quinta Metabolismo de Purinas e Pirimidinas21/11 R sbado GD 13 e Seminrios (2)25/11 R quarta Fotossntese26/11 N quinta Integrao do Metabolismo28/11 R sbado GD 14 e Seminrios (2)Dezembro -

02/12 N quarta Fluxos de materiais em Humanos,Transporte em Membranas03/12 N quinta Diabetes e Hormnios05/12 N sbado GD 15 e Seminrios (2)09/12 N quarta Metabolismo Muscular10/12 N quinta Transduo de Sinais12/12 N sbado Prova 416/12 N quarta Aula de integrao e GD 1617/12 N quinta Prova substitutiva

P = Politi

F = Fabio

R= Ricardo

N = Nadja


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Temas para os Seminrios:

1. As reaes qumicas e a origem da vida

2. Importncia da estrutura das protenas para as propriedades fsicas de materiaisbiolgicos

3. Enzimas como alvos farmacuticos

4. Alcoolismo

5. Obsidade e desnutrio

6. Sndrome Metablica e diabetes

7. Osteoporose e Hipercalcemia

8. O metabolismo e a pirmide alimentar

9. Doenas do metabolismo de purina/pirimidinas

10. Ictercias

11. Hiperlipidemia e Doenas Cardiovasculares

12. O nitrognio e a vida

13. Fotossntese e o impacto biolgico do ciclo de carbono

14. Cancer e estratgias anti-neoplasicas

15. Membranas como alvos farmacuticos

16. Doenas mitocondriais


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H2O e Sistemas TAMPO

1. A molcula de gua, H2O, apresenta um ngulo de 104,5 graus entre as duas ligaes O-H,

dando-lhe um carter altamente polar. Alm disso, o tomo de O possui 2 pares de eltrons

livres, permitindo a formao de ligaes (ou pontes) de H entre molculas vizinhas. Esta

estrutura d gua propriedades fsicas e qumicas de enorme importncia biolgica.

2. A gua se ioniza atravs de uma reao cido-base:

H2O + H2O H3O++ OH-

A reao cido-base se caracteriza pela troca de prtons entre pares conjugados de cidos e

bases. A gua pode se comportar como cido e como base:

AH + H2O H3O+ + A-

B + H2O BH + OH-

Estas so reaes de equilbrio, s quais correspondem constantes de equilbrio definidas.

Por exemplo: K = [H3O+] [A-]

[AH] [H2O]

K mede a afinidade relativa das bases, de cada par cido-base conjugados (AH/ A - e H3O+/

H2O), por prtons. Fala-se comumente em constante de dissociao de um cido (Ka),

significando: Ka = K [H2O] = [H+] [A-], onde [H2O] essencialmente constante (55 M).

[AH]

3. [H+] a concentrao hidrogeninica e os valores de [H+] para a maioria das solues so

muito baixos e difceis de serem comparados. Um valor mais prtico conhecido como pH:

pH = - log [H+].

como 1/[H+] = 1/K x [A-]/[AH]pode-se obter pH = - logK + log [A-]/[AH]

por analogia - log K = pK

e pH = pK + log [A-]/[AH]

Conclui-se que pK numericamente igual a pH da soluo na qual as concentraes

molares do cido e sua base conjugada so iguais (ie log [A-]/[AH] = 0).

A igualdade pH = pK + log [A-]/[AH] conhecida como Equao de Henderson-

Hasselbach.

4. cidos so classificados de acordo com sua fora relativa, ou seja, de acordo com sua

capacidade de transferir um prton para a gua. cidos com constantes de dissociao

menores do que aquela de H3O+ (que, por definio, igual a 1 em solues aquosas (v se

consegue confirmar porqu!)) so s parcialmente ionizados em solues aquosas e so

conhecidos como cidos fracos (K < 1). J os cidos fortes tm constantes de dissociao

maiores que a de H3O+, sendo quase completamente ionizados em solues aquosas (K>1).

5. Tampes so sistemas aquosos que tendem a resistir a variaes no seu pH quando

pequenas quantidades de cido (H+) ou base (OH-) so adicionadas. Um sistema tampo


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consiste de um cido fraco (o doador de prtons) e sua base conjugada (o aceptor de

prtons). comum encontarr os seguintes smbolos para representar um cido (AH ou BH+)

e sua base conjugada (A-

ou B:)

6. A adio de cido forte (H+) ou base forte (OH-) a uma soluo aquosa de um cido fraco,

por exemplo, cido actico (pKa = 4,76), causa pequenas variaes de pH, se a soluo

estiver a um pH prximo do pK do cido. Este comportamento define um tampo cido-base.7. O pH do sangue mantido atravs de um sistema de reaes envolvendo a Hemoglobina e

o CO2, ie o on HCO3-.

Exerccios 1

1) Defina cidos e bases no conceito de Brnsted, mostrando exemplos.

2) a) Qual o pH das solues 0,1 M dos cidos fortes HCl e HNO3?b) Usar a equao Henderson-

Hasselbach para calcular o grau de dissociao dos cidos fracos i) H2S (Ka=1x10-7

) e ii) cidoactico (Ka=2x10

-5) em solues 0,1 M. Qual o respectivo pH dessas solues?

3) Esquematize a curva de titulao de 1 L de uma soluo de 0,1 M H3PO4 com uma soluo de 10

M NaOH, colocando pH (eixo y) em funo de volume de base adicional (eixo x). Indicar os

pontos na titulao (volumes de NaOH) em que o pH equivale cada um dos pK as do cido.

4) Indique como se pode preparar 1 L de um tampo a pH=7,0, capaz de manter o pH estvel com

adio de 10 mL de HCl 0,1M, dispondo-se das solues:

a) 1M H3PO4

b) 1M cido actico

c) 1M NaOH

5) Desenhe a estrutura do gelo, mostrando pontes de hidrognio entre molculas de gua. O que

acontece quando o gelo derrete? Porque a gua lquida 4oC mais densa do que o gelo 0oC?

6)Discuta as propriedades de gua em comparao a outros solventes e a molculas isoeletrnicas.

7) Desenhe a estrutura do NaCl no estado slido e tambm no estado aquoso, neste ltimo,

destaque suas interaes com gua.

8) Discuta como o sistema tampo do sangue mantm o pH estvel em condies de

acidose e de alcalose.


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AMINOCIDOS

1. Aminocidos, bases purnicas e pirimidnicas, nucleosdeos e nucleotdeos, hexoses (como

glicose), so componentes monomricos dos principais polmeros biolgicos, ou seja,

protenas, cidos nuclicos (DNA e RNA) e polissacardeos (glicognio, amido e celulose).

Aminocidos, bases, nucleosdeos e nucleotdeos so em geral muito solveis em gua epossuem grupos funcionais que participam em reaes cido-base. Glicose tambm

altamente solvel em gua, mas no participa em reaes cido-base.

i. H 20 aminocidos que compem protenas (Tabela 1), todos mostrando a frmula geral:

R+H3N C COO

- on dipolar ou zwitterion encontrado emgua pH 7

H

2. Aminocidos podem ser agrupados em classes com base nas propriedades dos seus grupos

radicais (R), em particular sua polaridade ou tendncia de interagir com gua em pH

biolgico ( 7,0).

3. Todos os aminocidos livres comportam como cidos poliprticos. Quando um aminocido

cristalino dissolvido em gua, ele pode agir como um cido ou como uma base. O grupo

carboxlico mostra um pK em torno de 2,0, enquanto o grupo amino tem um pK entre 9,0 e

10,0. Portanto, no pH fisiolgico (pH 7,0), a maioria das molculas de todos os aminocidos

est na forma de ons dipolares (zwitterions). Chama-se pI de um aminocido o pH da

soluo na qual suas molculas possuem carga lquida nula. Na cadeia lateral (-R) os

aminocidos apresentam grupos funcionais, entre os quais existem grupos cido-base.

4. O carbono dos aminocidos, excetuando-se a glicina, assimtrico, fazendo com queestas substncias tenham atividade ptica e, portanto, apresentem pares de ismeros

pticos.

Exerccios 2

1) Quais dos aminocidos tm dois carbonos quirais e qual deles no possui isomeria ptica?

2) Mostre porque a seguinte forma no-inica de um aminocido no pode ser encontrada em

soluo aquosa.

R

H2N C COOH

H


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3) O etanol no tem carter cido em gua, enquanto fenol e cido actico se dissociam em soluo

aquosa, sendo o cido actico (pK=4,8) mais forte que o fenol (pK=10). Como se pode explicar o

comportamento destes trs compostos em gua a partir de suas estruturas moleculares?

4) Esquematize a curva de titulao da glicina com NaOH a partir de pH=1 e do cido asprtico com

HCl a partir de pH=11. Coloque o pH na ordenada e, na abscissa, a quantidade de equivalentesde cido ou base forte.

5) a) Quais os pontos isoeltricos de: glicina (pKs=2,5 e 9,5), cido asprtico (pKs=2,5; 4,0 e 9,5),

lisina (pKs=2,5; 9,5 e 10) e histidina (pKs=2,5; 6,0 e 9,5)? b) Calcular as cargas lquidas

(aproximadas) do cido asprtico, lisina ou histidina nos seguintes pHs: pH 1, pH 8, pH 11.

6) Tentar classificar os aminocidos em termos da natureza qumica dos seus grupos radicais: a)

ionizveis ou no ionizveis, b) cidos ou bsicos, c) polares ou no polares, d) hidroflicos ou

hidrofbicos, e) alifticos ou aromticos, f) lineares ou ramificados e g) pequenos e grandes.

7) Na Tabela 1 indicar: a) O cdigo de letra nica para cada aminocido e b) os pKR dos

aminocidos com grupos radicais ionizveis.


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Tabela 1: Estrutura dos 20 aminocidos encontrados em protenas


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ESTRUTURA PRIMRIA DE PROTENAS

1. A descrio da estrutura das protenas dividida em quatro nveis de organizao: estrutura

primria, secundria, terciria e quartenria.2. A estrutura primria se refere seqncia de aminocidos que compem a protena. Trata-

se, portanto, da estrutura de ligaes covalentes. A principal ligao covalente entre

aminocios a ligao peptdica. Os aminocidos podem formar polmeros atravs da

ligao do grupo carboxila de um aminocido com o grupo amino de outro. Esta ligao

carbono-nitrognio chamada ligao peptdica, obtida por excluso de uma molcula de

gua. Quimicamente, a formao da ligao peptdica pode ser representada pela seguinte

equao:

Esta reao, como esta escrita, jamais ocorre nos seres vivos. A unio dos aminocidos por

ligao peptdica no feita por reao direta entre eles, mas atravs de um complexo

aparato de sntese protica, que inclui ribossomos, cidos ribonuclicos, vrias protenas e

enzimas num processo chamado traduo. A equao mostra apenas o resultado liquido do

processo.3. As propriedades da ligao peptdica impem restries ao dobramento do polmero formado. A

ligao peptdica, apesar de ser representada por um nico trao de ligao, tem caractersticas

intermediarias entre uma ligao simples e uma dupla ligao, devido s interaes entre duas

formas de ressonncia.

4.

A conseqncia desse carter parcial de dupla ligao que no h possibilidade de rotao

em torno da ligao peptdica. Assim sendo, os quatro tomos dos grupamentos que

participam da ligao peptdica ficam dispostos em um plano rgido, constituindo o que se

costuma chamar de grupo peptdico ou unidade peptdica (vide retngulos) Notar tambm

que os dois carbonos alpha (C) vizinhos de cada ligao peptdica tambm se encontram o

plano.


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Marzzocco & Torres, Bioqumica Bsica.

O polmero formado pode, portanto, ser visualizado como uma cadeia constituda por

unidades planares (unidades peptdicas), unidas entre si com uma articulao flexvel: o

carbono . Esta cadeia chama-se cadeia polipeptdica. As protenas podem ser formadas por

uma ou mais cadeias polipeptdicas.4. Todavia, existem pontos de dobramento entre as unidades peptdicas rgidas, graas a

possibilidade de rotao em torno das ligaes com o carbono alfa (N-C e C-C), que so

ligaes efetivamente simples (vide figura acima). Estas ligaes so chamadas phi () e psi

() respectivamente.

5. A cadeia polipeptdica pode ser dividida entre a cadeia principal e as cadeias laterais

(grupos R) ligados aos carbonos alfa.

Exerccios 3

1) Defina estrutura primria, secundria, terciria e quaternria de uma protena, dando exemplos.

2) Esquematize a estrutura de uma ligao peptdica.

3) a) Desenhar o tripeptdeo Ala-Asp-His. b) Calcular o seu pI. c) Calcular sua carga lquida em pH

1, pH 6 e pH 12.


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4) Com os dados abaixo, defina a seqncia do peptdeo analisado: a) hidrlise cida total resultou

em: Arg, Tyr, Leu, Ala, Glu Lys, Ser e Pro; b) dansilao e hidrlise produziram: dansil-Leu; c) dois

ciclos consecutivos de degradao de Edman liberaram, respectivamente Leu e Tyr; d) tripsina

liberou 2 peptdeos cujas composies, aps hidrlise cida total, foram, respectivamente (Tyr, Leu,

Arg) e (Ser, Glu, Pro, Ala Lys); e) carboxipeptidase A no liberou nada, mas carboxipeptidase Cliberou Ser; f) endopeptidase V8 liberou o tripeptdeo Lys-Pro-Ser e um pentapeptdeo que, tratado

com carboxipeptidase C, liberou Glu.

5) Mostre a reao de xido-reduo da cistena que importante na estrutura de

peptdeos.


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ESTRUTURA SECUNDRIA E TERCIRIA DE PROTENAS

1. A estrutura secundria definida pela conformao local do esqueleto de ligaes peptdicas

que compe o eixo da protena. Esta conformao local pode ser explicitamente expressa

atravs dos ngulos phi () e psi (). Em geral, certas combinaes de ngulos phi () e psi

() so permitidas enquanto outras no so permitidas devido a impedimentos estricosentre tomos de grupos vizinhos. Este princpio pode ser resumido num diagrama de

Ramachandran (Figura 1).

Figura 1: Diagramas de Ramachandran. Esquerda: Estruturas secundrias correpondentes s

combinaes estericamente permitidas para angulos phi e psi. Direta: ngulos observados para

todas as ligaes em 12 protenas com estruturas de alta resoluo determinadas por

cristalografia.


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Figura 2: -hlice. Figura 3: Folha pregueada.

2. H duas estruturas secundrias principais: -hlice (Figura 2) e folha pregueada (Figura 3),

que so estruturas organizacionais regulares e repetitivas. Estas duas estruturas podem ser

caracterizadas por combinaes de angulos phi e psi (Figura 1) adotadas pela cadeia principal.

Alm de -hlice e folha , as protenas globulares mostram tambm alas de formas definidas,

mas irregulares e no repetitivas.

5. A estrutura terciria descreve o arranjo tridimensional da cadeia principal da protena, incluindo a

disposio espacial das cadeias laterais dos aminocidos. H muitas possibilidades de arranjostridimensionais para a estrutura terciria das protenas.

a. As propriedades bioqumicas e biolgicas de uma protena so determinadas pelo arranjo

tridimensional de sua cadeia, isto , pela sua estrutura terciria. Logo, nas condies

fisiolgicas a protena adquire uma estrutura terciria bem definida e necessria sua

funo, que conhecida como estrutura nativa. O desarranjo da estrutura terciria leva

perda de funo da protena, processo que genericamente chamado de desnaturao.

b. Em protenas pequenas da estrutura primria define a estrutura terciria nativa da protena.

Nestes casos os processos de desnaturao e renaturao da estrutura da protena so

reversveis. A estrutura nativa a conformao da protena de menor nvel de energia livre

(G) e alcanada espontaneamente (processo exergnico). O exemplo clssico desse

comportamento dado pela protena Rnase A, uma enzima que no seu estado nativo

catalisa a hidrlise de RNA. Para protenas grandes o processo de desnaturao

irreversvel e o fenmeno de alcance da conformao nativa complexo e ainda mal

entendido.


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6. A Hb e a Mb so protenas com funes parecidas. Ambas apresentam afinidade pelo O2

molecular. A HB o carreador do O2 pelo sistema arterial e capilares enquanto a Mb

seqestra o O2 em nvel do tecido muscular. Servindo como depsito para a contrao

do msculo em aerobiose. A curva de interao Hb/O2 tem carter sigmoidal (alostrica)

emquanto a da Mb hiperblica. Esta diferena permite um controle fino da troca de O2

entre artrias e msculo. Em paralelo a curva de afinidade O2/Hb entre a me e o feto

apresenta maior afinidade pela Hb fetal permitindo a troca eficiente de O2 para o feto.

7. Efeito Bohr.

Exerccios 4

1) Distinga estrutura secundria e terciria de uma protena. D exemplos.

2) Descreva -hlice e folha pregueada. Aponte as diferenas essenciais entre estas formas de

estrutura secundria encontradas em peptdeos.

3) Discuta os dois diagramas de Ramachandran apresentados na Figura 1 e relacione-os com as

estruturas apresentadas nas Figuras 2 e 3.

4) Descreva a experincia clssica de Anfinsen com a enzima ribonuclease A, indicando sua

concluso principal. Qual o papel das pontes de dissulfeto na manuteno da estrutura nativa

(terciria) da ribonuclease? Conceitue estrutura nativa e desnaturao de protenas, mostrando

o que isso tem a ver com a atividade enzimtica da ribonuclase A. Que funo termodinmicapromove espontaneamente a transio da ribonuclease de desnaturada para nativa?

5) Duas protenas, apesar de terem diferenas quanto a alguns de seus aminocidos, so capazes

de desempenhar a mesma funo. Explique como isto possvel.

6) Pesquisar informaes sobre a estrutura de hemoglobina. Descrever a sua estrutura terciria e

quartenria. Descrever as mudanas na estrutura quartenria que acontecem devido ligao de

oxignio.

7) O que efeito hidrofbico e qual o seu papel na manuteno da estrutura terciria das protenas?

Qual o fator preponderante no efeito hidrofbico: o entlpico ou o entrpico? Explique

qualitativamente sua resposta.

8) Discuta porque uria e cloreto de guanidina desorganizam a -hlice.


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CINTICA ENZIMTICA

1. Enzimas so catalisadores biolgicos cuja natureza qumica proteica. A natureza proteica das

enzimas lhes proporciona alto grau de especificidade.

2. A grande maioria das reaes biolgicas no ocorre, ou ocorrem a velocidades baixssimas nascondies fisiolgicas de pH e temperatura. Logo, as reaes biolgicas, em geral, necessitam

de catlise para ocorrer, isto , necessitam de enzimas. Para cada reao h uma enzima

especfica.

3. Na reao genrica A B a direo espontnea da reao dada pela variao de energia

livre, .G0, conforme esquematizado no grfico da Figura 5.

Figura 6. Variao de energia livre (G) na reao genrica A B.

G0 uma constante que se relaciona com a constante de equilbrio da reao pela expresso -

G0=2.3 RTlogK. Por outro lado, as velocidades das reaes AB e BA ou, respectivamente,

as constantes de velocidade k1 e k-1 no dependem do G0 da reao, mas dos, respectivos,

G10 e G-1

0, que por sua vez s dependem da energia livre (G) do estado de transio

(energias de ativao). A enzima (catalisador) no muda o G0 da reao, pois

catalisadores no interferem com os estados inicial e final das reaes, mas mudam o

caminho da reao e, por conseqncia diminuem a energia do Estado de Transio.

4. Uria uma substncia muito estvel em gua, mas que pode ser rapidamente decompostas

por hidrlise se a reao for catalisada pela enzima urease:

EnergiaLivre (G)

Coordenada de Reao

Estado Inicial(S)

Estado Final(P)

Estado de transio dareao no catalisada

G0

G10#

G0#-1

Estado de transio dareao catalisada

G0#-1catG0#1cat

*

*


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H2N UREASE

C=O + H2O CO2 + 2 NH3

H2N

Trata-se de reao de primeira ordem, onde v=k1[uria], apesar da equao estequiomtrica

indicar a existncia de 2 reagentes. Esta reao pode ser acompanhada em tubo de ensaio nolaboratrio. As Tabelas 3 e 4 mostram resultados obtidos na prtica.

Tabela 3. Cintica da enzima urease.

Tubo no Tempo (minuto) NH3(moles)

1 0 0

2 2 0.084

3 4 0.168

4 6 0.252

5 8 0.336

6 10 0.420

Concentrao da uria: 5 mM; Concentrao da urease: 0,1 g/mL;

Volume de reao: 1 mL; Temperatura: 30o

C.

Os dados da Tabela 3 mostram que a velocidade da reao constante ao longo do tempo

estudado. J os dados da Tabela 4 mostram variaes relativamente complexas da velocidade

de reao em funo da concentrao da uria para um perodo de 10 minutos de reao.

Os dados da Tabela 4 permitem medir experimentalmente duas constantes importantes das

reaes enzimticas Vmax (velocidade mxima) e Km (constante de Michaelis) atravs da

equao v = Vmax[S] / (Km + [S]).

Tabela 4. Cintica da enzima urease.

Tubo n Uria (mM) Urease (g) NH3 (moles)

1 2,5 0,1 0,21

2 5,0 0,1 0,42

3 10 0,1 0,59


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23

4 15 0,1 0,67

5 25 0,1 0,73

6 50 0,1 0,78

7 100 0,1 0,79

8 200 0,1 0,78

9 200 - 0,00

Os significados de Vmax e Km so definidos no modelo de cintica enzimtica proposto por

Michaelis e Menten no incio do sculo passado onde ES um complexo enzima substrato

formado antes de converso do substrato em produtos.

A derivao da equao Michaelis Menten:

v = Vmax[S] / (Km + [S]) = kcat[Et][S] / (Km + [S])

apresentada na prxima pgina.

E + S ES E + Pkcatk1

k-1


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24

Frao de Etot na forma de ES =[S]/(Kdiss + [S])

Velocidadenaquela [S]

Velocidade mximaConcentraodo substrato

Kdiss aparente do

Complexo enzima-substrato


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5. Substncias que reduzem a atividade de uma enzima so chamadas inibidores. Em termos

gerais, inibidores podem atuar em vrias maneiras. Aqui vamos focalizar em inibidores que

ligam reversivelmente com a enzima com constantes de dissociao KI. Estes tipos de

inibidores podem atuar em duas maneiras diferentes: a) Eles podem competir com o substrato

para o mesmo stio de ligao na superfcie da enzima livre. Neste caso so chamados

inibidores competitivos ou b) Eles podem ligar em outro stio na enzima livre (E) e/ou nocomplexo enzima-substrato (ES). Estes inibidores so chamados inibidores mistos/no-

competitivos se podem ligar a E e ES e so chamados acompetitivos se ligam somente ao

complexo ES.

6. A presena de um inibidor competitivo se manifesta em uma mudana no valor do Km:

Km obs = Km(1+[I]/KI) = Km onde (1+[I]/KI)

7. A presena de um inibidor misto/no-competitivo se manifesta em uma mudana nos valores do

Km e no valor do Vmax:

Km obs = Km(1+[I]/KI)/(1+[I]/KI) = Km

Vmax obs = Vmax /8. A presena de um inibidor acompetitivo se manifesta em uma mudana nos valores do Km e no

valor do Vmax:

Km obs = Km / (1+[I]/KI) = Km

Vmaxobs = Vmax /

Exerccios 5

1) As velocidades de uma reao enzimtica foram determinadas para diversas concentraes de

substrato, conforme a tabela abaixo:

[S] (M) V (mol/L.min)

5 22

10 39

20 65

50 102

100 120

200 135

Os grficos de, respectivamente, V em funo de [S] e 1/V em funo de 1/[S] podem servir para

determinar Km e Vmax? Como?


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2) Numa reao enzimtica, o valor de Vmax, mas no o de Km diretamente proporcional

concentrao da enzima? Justifique.

3) A velocidade inicial de uma reao enzimtica em funo da concentrao do substrato S, na

ausncia e na presena dos inibidores A e B segue os dados da tabela abaixo:

VELOCIDADE (MOL/L X MIN)[S] (M)

SEM I Com Inibidor A Com Inibidor B

1,25 1,72 0,98 1,01

1,67 2,04 1,17 1,26

2,5 2,63 1,47 1,72

5,0 3,33 1,96 2,56

10,0 4,17 2,38 3,49

a) Qual a classe dos inibidores A e B?

b) Determine Vmax e Km na ausncia e presena dos inibidores.

4) Utilizando-se dos valores de Km e Vmax determinados nas questes 1 e 3, esquematize num

mesmo grfico, para as duas reaes, V em funo da concentrao de substrato, expressa em

mltiplos de Km. No eixo dos Y ajuste arbitrariamente as escalas para cada reao fazendo

coincidir os pontos de V = Vmax. Como so as curvas para duas reaes? Justifique o resultado.

5) O que so enzimas alostricas? Defina utilizando-se de grficos esquemticos de V em

funo de [S], compare uma enzima michaeliana (da questo 4) com uma enzima

alostrica positiva e com uma enzima alostrica negativa.


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MECANISMOS DE CATLISE ENZIMTICA

1. Catlise cido/base catlise por transferncia de protons. A catlise cida um

processo no qual a transferncia parcial de prtons de um cido para o estado de transio

diminui a energia livre do estado de transio de uma reao. A reao pode ser tambmestimulada por uma catlise bsica se a taxa de reao aumentar com a abstrao de um

prton por uma base. Algumas reaes podem ser sujeitas simultaneamente a ambos os

processos, caracterizando uma catlise cido-base. Em reaes catalisadas por enzimas os

cidos e bases catalisadores so grupos especficos ionizveis da enzima localizados no seu

stio ativo/stio cataltico. A mutarrotao da glicose (Figura 6) e a catlise da ribonuclease

pancretica bovina A (RNase A) (Figura 7) so exemplos de catlise cido-base.

Figura 6. Mutarrotao da glicose.


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Figura 7. Catlise da ribonuclease pancretica bovina A (RNase A).


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2. Catlise covalente envolve a acelerao da taxa de reao atravs da formao transiente

de uma ligao covalente substrato-catalisador. A descarboxilao do acetoacetato um

exemplo deste processo:

No primeiro estgio desta reao, a amina faz um ataque nucleoflico ao grupo carbonila do

acetoacetato formando uma base de Schiff (ligao imina).

O tomo de nitrognio protonado do intermedirio covalente atua como um receptor de eltrons

reduzindo assim o carter de alta energia do enolato. A catalise covalente possui estgios

nucleoflicos e eletroflicos. A catlise covalente pode ser dividida conceitualmente em trs

estgios:

1) A reao nucleoflica entre o catalisador e o substrato formando uma ligao

covalente.

2) A perda de eltrons do centro da reao pelo catalisador agora eletroflico.

3) A eliminao do catalisador que uma reao essencial para retornar ao estgio 1.

Exerccios 6

1) Examine a reao de hidrlise de RNA catalisada pela RNase A para verificar que se trata de um

mecanismo de catlise cido-base.

2) Faa o grfico da velocidade de uma reao enzimtica em funo do pH para uma enzima

estvel entre pHs 3 e 12, considerando que o substrato no possui grupos ionizveis e a

OH-


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atividade enzimtica exige no centro ativo uma carboxila (pKa = 5) desprotonada e um grupo

amino (pKa = 9) protonado.

3) Definir catlise eletrosttica. Procure um exemplo de uma enzima que utiliza esta estratgia.

4) Descrever o mecanismo empregado pelas serina proteases (tripsina, quimiotripsina, elastase, etc)para hidrolisar ligaes peptdicas. Descrever todas as etapas da reao. Quais tipos de catlise

so empregados em cada uma das etapas?


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CIDOS NUCLEICOS

Tendo em vista que no curso do prximo semestre, dedicado Biologia Molecular, neste modulo

daremos nfase nicamente aos aspectos estruturais de RNA e DNAs. Conforme j bem

estabelecido estes polmeros (polieletrlitos) so constitudos por um corrimo que consiste de

riboses e deoxiriboses grupo fosfato, e pendente `a estes encontram-se as bases pricas epirimidnicas. Nos RNAs estas bases so C, T, A e U j nos DNAs as bases so C, T, A e G.

1) A estrutura do DNA de dupla fita e do RNA fita simples.

2) Nucleosdeos so denominados os monmeros compostos de purinas ou pirimidinas aos

acares ribose e deoxiribose (deoxinucleosdeo).

3) Nucleotdeos (deoxinucleotdeos) so ster de fosfato de nucleosdeos (deoxinucleosdeos).

4) A fita de DNA em -hlice apresenta as denominadas cavernas (grooves) maior e menor. Stios

estes de ligao de molculas.

5) as bases constituem espcies de degraus, sendo as interaes entre T-A estabilizada por 2

pontes de H e C-G por trs pontes.

6) O teor de CG e AT determina a temperatura de fuso das cadeias ie a temperatura de separao

das cadeias. Esta temperatura acorre abruptamente.

7) O DNA encontra-se altamente enovelado no ncleo da clula.

8) O fenmeno de hipercromismoajuda detectar a temperatura de melting das cadeias e permite

fazer a hibridizao de cadeias.

9) Molculas de DNA so extremamente longas e frgeis. A simples sonicao leva fragmentao

em vrias sub-partculas.

Exerccios 7

1) Esboce as estruturas do DNA e do RNA.

2) Por que o DNA chamado cido DESOXIribonucleico e o RNA chamado somente ribonucleico?

3) Como deve ser a viscosidade de solues de DNA enovelado e aps a fuso?


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4) Qual deve ser o efeito de sais na questo 3?

5) Considerando seja um DNA linear ou circular como possvel enovelar o DNA em tal

dimenses?


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ACARES E POLISSACARDEOS: ESTRUTURA E FUNO

1. Os carboidratos so compostos que apresentam a frmula emprica (CH2O)n (n> ou = 3),

sendo funcionalmente poliidroxialdedos ou poliidroxicetonas. Os carboidratos mais simples

so os monossacardeos, que se apresentam na formas de aldoses ou cetoses, conforme ogrupo funcional carbonlico que possuem, isto , respectivamente, aldedo ou cetona. H

duas trioses: o gliceraldedo, uma aldotriose, e a diidroxiacetona, uma cetotriose (Figura 8).

O gliceraldedo apresenta um carbono (C2) assimtrico, dando origem a dois ismeros

opticos, as formas D e L (Figura 9). J a diidroxiacetona no possui C assimtrico e, por isso,

no mostra esse tipo de isomeria. Os outros monossacardeos podem ser derivados pelo

crescimento da cadeia destas duas trioses. A Figura 10 mostra a famlia D derivada do D-

gliceraldeido, cujas frmulas estruturais planares obedecem as regras de Fisher.

Figura 8. Gliceraldedo e diidroxiacetona. Figura 9: Carbono quiral ou

carbono assimtrico.


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Figura 10. Famlia D derivada do D-gliceraldedo.

Figura 11. Ciclizao da D-glicose.


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O aumento da cadeia do monossacardeo leva ao aparecimento de novos Cs assimtricos e,

portanto mais ismeros estruturais, tambm chamados estereoismeros. O nmero de

ismeros dado pela expresso 2n onde n o nmero de carbonos assimtricos. Por

exemplo, em aldoexoses h 4 Cs assimtricos, logo o nmero de ismeros 24 =16, sendo 8

da forma D e 8 da forma L. Mas, as estruturas lineares como representadas na Figura 10

tanto para pentoses como para hexoses so poucos estveis em soluo, formando

estruturas cclicas segundo a reao mostrada na Figura 11. Esta uma reao bem

conhecida da qumica orgnica, pela qual um lcool (OH) faz uma adio nucleoflica a

carbonila de um aldedo, formando um composto de condensao conhecido como

semiacetal. No caso do exemplo da Figura 11 a hexose a D-glicose e, como a figura

mostra, a ciclizao leva ao aparecimento de outra isomeria estrutural devido s duas

posies possveis do OH do C1 em relao ao plano do anel, gerando os ismeros e .

importante enfatizar que o OH do C1 no quimicamente equivalente aos demais OHs que

so alcolicos, sendo por isso chamado de OH glicosdico. A existncia do OH glicosdicopermite que todos os monossardeos sejam oxidados em condies brandas pelo reagente

de Fehling, uma reao de oxido-reao na qual os OHs alcolicos no participam.

Figura 12. Nomenclatura para estereoismeros.


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2. Conforme exemplificado na Figura 12 h uma nomenclatura especificamente designada para

distinguir pares de estereoismeros. Enantimeros possuem estruturas isomricas que so

uma imagem especular da outra, por exemplo, cada membro da famlia D de hexoses

mostrada na Figura 10 tem um, e, somente um, enantimero na famlia L. So epmeros

pares de estereoismeros que diferem apenas pela configurao de um C assimtrico. So

anmeros os dois ismeros resultantes da posio do OH glicosdico do C1 na estruturacclica da hexose. E, finalmente, so denominados diastereoismeros pares de ismeros que

no caem em nenhuma das categorias anteriores.

3. Ligao glicosdica: os monossacardeos podem se apresentar na forma de oligo ou

polissacardeos, onde os monmeros so ligados atravs de ligaes glicosdicas.

Oligossacardeos so formados por um pequeno nmero de monossacardeos, resultantes

da condensao de um OH glicosdico com um OH alcolico, como exemplificado abaixo

pela dimerizao de duas molculas de -glicose por ligao 1-4, originando o dissacardeo

maltose:

Caso a ligao glicosdica envolva a condensao dos dois OHs glicosdicos como o caso

da trealose, uma 1-1-diglicose, o dissacardeo no pode ser oxidado pelo reagente deFehling (dissacardeo no redutor). J a maltose, que possue um OH glicosdico livre um

dissacardeo redutor, sendo oxidado pelo reagente de Fehling.

4. Polissacardeos so polmeros constitudos de centenas ou milhares de resduos de

monossacardeos, geralmente glicose, formando cadeias lineares, como a celulose (1-4-

poliglicose), ou cadeias ramificadas, como o glicognio e o amido.

O glicognio altamente ramificado, as suas cadeias lineares so formadas por ligaes 1-

4-glicosdicas e suas ramificaes decorrem de ligaes 1-6-glicosdicas (Figura 13). O

glicognio apresenta uma nica extremidade redutora livre (C1 no resduo final na ltima

molcula de glicose da cadeia) e inmeras extremidades no redutoras. A partir das

extremidades no redutoras h acrscimo ou retirada de resduos do polmero. Portanto, as

molculas de glicognio no tm tamanhos definidos.


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Figura 13. Glicognio Poli (1-4) (1-6) glicose.

5. Ciclodextrinas so compostos derivados da unio de molculas de glicose por ligao 1-4,

gerando sistemas cclicos denominados em funo do nmero de unidades de glicose de , e CDs macrociclos estes que tem, 6, 7 e 8 unidades glicosdecas. Estes compostos so

produzidos por enzimas extra-celulares. Estes ciclos tem a cavidade interna relativamente

hidrofbicas e permitem a incluso de vrios compostos, na ordem estes so benzeno,

naftaleno e antraceno. Estes compostos tem grande aplicao em Farmcia e na indstria de

alimentos.

Exerccios 8

1) Desenhe o conjunto dos ismeros de D-aldoses de 6 C, atravs das frmulas de projeo de

Fisher. Quantos epmeros possue uma hexoaldose. Identifique todos os epmeros de D-glicose.

Existem pares enantiomricos na famlia D de monossacardeos. Explique.

2) Descreva o fenmeno da mutarrotao de D-glicose, incluindo as reaes qumicas pertinentes

com as respectivas frmulas estruturais dos reagentes. O que este fenmeno tem a ver com os

conceitos de C anomrico e anmeros.

3) Compare os dissacardeos maltose e sacarose, identificando a ligao glicosdica em cada caso.

Por que maltose redutora e sacarose no .

4) Analise a estrutura do glicognio. Procure destacar as vantagens e desvantagens da funo

deste polmero como composto de reserva energtica.


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5) Verifique as principais caractersticas dos polissacardeos estruturais, comparando celulose,

quitina e glicosaminoglicanos (estes tambm chamados mucopolissacardeos).

6) A poro de natureza sacardica de algumas glicoprotenas pode servir como stio de

reconhecimento celular. Para desempenhar esta funo, os oligossacardeos ou glicoprotenas

devem ter a capacidade de formar um grande nmero de diferentes estruturas. Qual dos doispode produzir uma maior variedade de estruturas: oligopeptdeos compostos de cinco resduos

de diferentes aminocidos ou oligossacardeos compostos de cinco resduos de diferentes

monossacardeos? Explique.

7) Frutose, o principal acar do mel, comumente usada como adoante de alimento. Este acar

na forma -D-piranose provavelmente a substncia mais doce conhecida. A forma -D-

furanose muito menos doce.

a) Quais so as estruturas da -D-frutopiranose e -D-frutofuranose?

b) A doura do mel diminui ao deix-lo em repouso e ao mesmo tempo aumentando a temperatura.

Explique.

8) Interconverso das formas de D-galactose. Uma soluo recm-preparada da forma de D-

galactose (1g/ml em um tubo polarimtrico de 1 dm) mostra uma rotao ptica de + 150,7o.

Quando deixada em repouso por um longo perodo de tempo a rotao decresce gradualmente

at atingir um valor de equilbrio igual a + 80,2o. Em contraste, uma soluo recm-preparada

(1g/ml) da forma mostra rotao tica de apenas +52,8o . Quando esta soluo deixada em

repouso por vrias horas a rotao aumenta at o valor de equilbrio igual a +80,2o

, valoridntico quele observado para a -D-galactose.

a) Escreva as frmulas de projeo de Haworth das formas e da D-galactose. Qual

caracterstica distingue as duas formas?

b) Por que a rotao de uma soluo recm-preparada da forma decresce gradualmente com o

tempo? Explique por que solues das formas e (de concentraes iguais) atingem o mesmo

valor de rotao ptica no equilbrio?

c) Calcule a composio percentual das duas formas de galactose no equilbrio.

9) Esquematize as , e CDs indicando o tamanho da cavidade e a forma de cone truncado.

Como voc acha que o processo de formao de complexos de incluso? Qual a cintica dos

mesmos?


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CIDOS GRAXOS, LPIDEOS & MEMBRANAS

1. Lpides ou lipdeos so substncias biolgicas solveis em solventes orgnicos, como

clorofrmio e metanol e, praticamente, insolveis em gua. Os lpides compreendem: a) cidos

graxos, em geral na forma de triacilglicerois; b) glicerofosfolpides; c) esfingolpides; d) colesterol

e derivados.2. cidos graxos so cidos carboxlicos com longas cadeias hidrocarbonadas, encontrados na

forma de tri-esteres de glicerol. A maioria possui um nmero par de C, predominando os de 16 C

(cido palmtico) e os de 18 C (cido olico). Grande parte apresenta dupla ligao (insaturado)

e muitos so poli-insaturados.

3. As propriedades fsicas dos cidos graxos dependem do grau de insaturao da cadeia

hidrocarbonada. As molculas dos cidos graxos saturados so muito flexveis, facilitando a

atrao e coeso entre si. Duplas ligaes entre C impe rigidez cadeia, tornando-a menos

flexvel e limitando a coesividade entre as molculas do cido graxo. Em conseqncia disso, a

temperatura de fuso (transio de fase slido/lquido) diminui com o grau de insaturao dos

cidos graxos.

4. Os triacilglicerdeos desempenham um papel de reserva de energia metablica. Algumas de

suas propriedades fsico-quimicas so ideais para essa funo: a) elevado grau de reduo de

seus C, maximizando a quantidade de energia livre liberada na oxidao e b) alta

hidrofobicidade, permitindo estocagem livre de gua (estoques anidros). No por acaso que os

triglicerdeos compem cerca de 90% da reserva de energia metablica e tambm da dieta

lipdica dos humanos.

5. A reserva de triacilglicerdeos do tecido adiposo mobilizada atravs da hidrlise a glicerol ecidos graxos livres, catalisada por lpase especfica. Os cidos graxos livres so carregados

pela corrente sangunea na forma de complexos com albumina, que representa 50% da protena

do plasma.

6. Molculas anfiflicas, como lipdeos com uma nica cauda hidrofbica, cidos graxos livres e

detergentes, quando em soluo aquosa e acima de um limiar de concentrao (concentrao

micelar crtica ou cmc) formam agregados globulares chamados micelas.

7. Por outro lado, lipdeos com duas caudas hidrofbicas, como glicerofosfolipdeos e

esfingolipdeos, tendem a formar bicamadas lipdicas, que so a base estrutural das membranas

biolgicas.

Micela Bicamada


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8. As membranas biolgicas so compostas por protenas associadas a uma matriz de bicamada

lipdica. As protenas que compe as membranas pertencem a duas categorias: a) integrais ou

intrnsecas e b) perifricas ou extrnsecas. Este arranjo estrutural foi originalmente proposto em

1972 por Singer e Nicholson como o modelo de mosaico fludo para as membranas biolgicas,

que foi plenamente confirmado por resultados experimentais estruturais e funcionais.

9. As membranas so barreiras hidrofbicas que oferecem grande resistncia passagem de

solutos hidroflicos, cuja permeao exige protenas transportadoras especficas, conforme

Modelo de mosaico fludo para membranas biolgicas


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esquematizado na figura abaixo. Desta maneira a membrana, atravs de transportadores

especficos, regula o transporte de metabolitos entre compartimentos celulares.

10. Um exemplo clssico de transporte a tomada de glicose pela hemcia mediada por um

transportador especfico, cuja velocidade depende da concentrao externa de glicose e

obedece a uma curva hiperblica de saturao j bem conhecida da cintica enzimtica,

sendo Kt anlogo a Km:

Esta forma de transporte conhecida como transporte passivamente mediado ou difuso

facilitada. Trata-se de um processo exergnico, pelo qual o soluto, no caso a glicose,

atravessa espontaneamente a membrana indo do compartimento de maior para o de menor

concentrao.

11. Existem 5 transportadores conhecidos que mediam a difuso facilitada de glicose em

humanos: GLUT1 a 5, cujos Kts so diferentes para atender as necessidades funcionais dos

tecidos nos quais so expressos. GLUT1 o transportador em hemcias, j GLUT2

expresso no fgado e clulas beta do pncreas, enquanto GLUT4 aparece no msculo

esqueltico, tecido adiposo etc.12. Mas, no epitlio do intestino a glicose obtida da dieta transportada para dentro da clula

contra a gradiente de concentrao, portanto atravs de um processo endergnico que exige

consumo de energia metablica para ocorrer e referido como transporte ativo. Neste caso o

transportador chamado simport, pelo qual a glicose transportada junto com Na+ e

termodinamicamente possvel porque existe um gradiente eletroqumico de Na+ de fora para

dentro da clula. H mltiplas formas de transporte ativo, das quais este exemplo da glicose

apenas uma delas. Grande parte da energia metablica consumida pelas clulas se deve


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manuteno da enorme diversidade de transportadores que promovem a transferncia de

metabolitos e ons contra gradientes de concentrao.

Exerccios 9

1) O que concentrao micelar crtica. Como varia tamanho e forma de micelas formadas por

anfiflicos de uma nica cauda hidrocarbonada? Explique.

2) Uma hiptese central na pesquisa de membranas que os lipdeos da membrana devem ser

fludos (em oposio a "congelados") a fim de que a membrana possa desempenhar suas

funes. O apoio para esta hiptese fornecido pela observao de que a composio de cido

graxo das membranas pode ser alterada pelas condies nas quais a bactria cresce. Por

exemplo, se a bactria est crescendo em temperatura menor que a normal, as quantidades

observadas de cidos graxos insaturados (relativas ao contedo de cido graxo saturado) estoacima do normal.

Contrariamente, se a bactria est crescendo em temperatura acima da normal, as quantidades

observadas de cidos graxos insaturados nos lipdeos da membrana (relativas aos cidos

graxos saturados) esto abaixo do normal.

a) Sugira razes para o fato de que o contedo lipdico na membrana bacteriana deve ser fluido

para que a membrana intacta opere apropriadamente.

b) Explique como a alterao observada nos nveis dos cidos graxos insaturados relativa aos nveis

dos cidos graxos saturados, em diferentes temperaturas de crescimento, apia a hiptese da

fluidez da membrana.

3) Fornea uma explicao termodinmica para o fato de que molculas de fosfolipdeo difundem

rapidamente no plano da bicamada, mas muito lentamente mudam de uma face oposta.

4) Descreva os mecanismos pelos quais detergentes extraem protenas integrais de membrana,

mantendo-as em soluo.

5) Explique porque soda funciona bem para desentupir pias entupidas com gordura animal.

6) Para saber se uma bactria tomava leucina e etileno glicol por transporte mediado ou no

mediado, foram feitas medidas de velocidade inicial de tomada em funo da concentrao de

ambas substncias, resultando na tabela fornecida abaixo. O que voc conclui do exame dessa

tabela? Explique e calcule Kt e Vmax se encontrar evidncias de transporte mediado.


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Componente Concentrao [M] Velocidade Inicial (unidades arbitrrias)

Leucina 1 x 10-6 110

2 x 10-6 220

5 x 10-6 480

1 x 10-5 830

3 x 10-5 17001 x 10-4 2600

5 x 10-4 3100

1 x 10-3 3200

Etileno glicol 1 x 10-3 1

5 x 10-3 5

0,01 10

0,05 50

0,1 100

0,5 500

1,0 1000

7) Clulas epiteliais de intestino de camundongo isoladas em cultura transportam L-leucina e D-

leucina mostrando Kt (mM) e Vmax, respectivamente iguais a: 0,24 e 420 para L-leucina e 4,7 e

310 para D-leucina, ambos em presena de Na+ no meio de cultura. Mas na ausncia de Na+ , L-

leucina mostra 0,24 e 23 enquanto D-leucina mostra 4,7 e 5 para Kt (mM) e Vmax,

respectivamente. Classifique esse transportador de leucina quanto ao tipo e mecanismos de

ao. Que efeitos voc esperaria se nesse meio de cultura fosse colocada valinomicina (ionforo

de Na+)? E se fosse dissolvida ouabana (inibidor da ATPase Na+/K+) no meio de cultura?

Explique.

8) O pH e a absoro de drogas. A droga aspirina, intensamente receitada, um cido fraco com

um pKa de 3,5. A aspirina absorvida para o sangue atravs das clulas de revestimento do

estmago e do intestino delgado. Para uma substncia ser absorvida ela deve atravessar

facilmente a membrana celular. A passagem atravs da membrana celular determinada pela

polaridade da molcula: molculas inicas (carregadas) e molculas altamente polares passam

lentamente, enquanto aquelas neutras e hidrofbicas passam rapidamente. Como o pH do sucogstrico cerca de 1 e o pH no intestino delgado, cerca de 6, pergunta-se:

a) Escreva por frmulas estruturais a ionizao reversvel da aspirina.

b) Onde a aspirina mais absorvida para a corrente sangunea, no estmago ou no intestino

delgado? Justifique claramente a sua escolha.


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COLESTEROL E LIPOPROTENAS

1. O colesterol do organismo humano pode ser obtido atravs da dieta ou por sntese

endgena. Os principais rgos responsveis pela produo de colesterol so o fgado e o

intestino, que produzem em torno de 25 % do colesterol endgeno.

2. A sntese de colesterol ocorre no citoplasma das clulas, sendo a acetil-CoA a precursora de

todos os tomos de carbono presentes na molcula e o agente redutor, NADPH. A via

composta por vrias reaes em que a acetil-CoA forma unidades de cinco carbonos, com

estrutura similar do isopreno, que se polimerizam em um intermedirio linear que, aps,

ciclizao, origina o colesterol.

3. A sntese inicia-se com a condensao de duas molculas de acetil-CoA, produzindo

acetoacetil-CoA; esta condensa-se com outra molcula de acetil-CoA, produzindo 3-hidrxi-

3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). As enzimas que catalisam estas reaes so,

respectivamente, tiolasee hidroximetilglutaril-CoAsintase. A HMG-CoA a seguir reduzidaa mevalonato, custa de 2 NADPH, numa reao catalisada pela HMG-CoA redutase, uma

enzima ligada ao retculo endoplasmtico. Esta a reao limitante da sntese do colesterol,

sendo controlada por vrios fatores.

4. O mevalonato sofre duas fosforilaes, que consomem 3 ATP, e uma descarboxilao,

originando a unidade isoprenide, o isopentenil-pirofosfato

5. Um total de 6 molculas de isopentenil-pirofosfato so consumidas para formar esqualeno, o

ltimo intermedirio linear da via. A sntese de esqualeno processa-se atravs de reaes de

isomerizao, condensao, reduo por NADPH e eliminao de pirofosfato.

6. A etapa final consiste na ciclizao do esqualeno, incluindo consumo de O2 e NADPH,remoo de grupos metila e migrao de ligaes duplas, que levam, finalmente, produo

de colesterol.

7. O colesterol, alm de ser um importante componente das membranas biolgicas, precursor

dos cidos biliares, hormnios esterides e vitamina D.

8. As lipoprotenas so responsveis pelo transporte de lipdeos no nosso organismo.

Consistem de uma poro protica mais externa e uma poro no-protica (nesse caso,

lipdica) mais interna. O cerne lipdico composto por lipdeos mais apolares (triglicerdeos e

steres de colesterol) e/ou mais polares (fosfolipdeos e colesterol livre). So classificadas de

acordo com sua densidade (quanto maior o cerne lipdico, menor a densidade). Em ordem

crescente de densidade, temos:

Quilomcrons: realizam o transporte preferencial de triglicerdeos (85 %) do intestino

para o fgado e tecidos extra-hepticos (tecidos adiposo, cardaco e

musculoesqueltico).

VLDL (Lipoprotena de densidade muito baixa): transporta triglicerdeos (50 %)

endgenos do fgado para tecidos extra-hepticos.


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IDL (Lipoprotena de densidade intermediria): responsvel pelo transporte de

colesterol e steres de colesterol para tecidos extra-hepticos, sendo metade captada

pelo fgado e a outra, convertida em LDL.

LDL (Lipoprotena de densidade baixa): realiza o transporte de colesterol (8 %) e

steres de colesterol (37 %) para tecidos perifricos e est envolvida na regulao da

sntese de colesterol. HDL (Lipoprotena de densidade alta): faz o transporte reverso do colesterol, isto ,

dos tecidos extra-hepticos para o fgado, e para tecidos que o utilizam como

precursor biossinttico.

9. Conforme mencionado, a regulao da sntese do colesterol incide principalmente sobre a

reao catalisada pela HMG-CoA redutase, atravs de alteraes na atividade e

concentrao da enzima. Sua atividade controlada por fosforilao/desfosforilao: a forma

desfosforilada ativa e a fosforilada, inativa. Isto quer dizer que a adrenalina e o glucagon

inibem a enzima, enquanto a insulina a estimula. A concentrao da HMG-CoA redutase

regulada por variao da expresso gnica e da velocidade de degradao da enzima. O

colesterol e o mevalonato inibem a sntese e a traduo do RNAm da HMG-CoA redutase e

aumentam a velocidade de degradao da enzima.

10. A sntese de receptores de LDL tambm inibida por nveis elevados de colesterol

intracelular. As LDL penetram nas clulas por endocitose adsortiva, que se inicia pela ligao

da lipoprotena ao seu receptor presente na membrana plasmtica. Sendo assim, uma

diminuio do nmero de receptores de LDL propicia uma reduo no aporte de colesterol

para as clulas. A conseqncia da menor incorporao celular de LDL-colesterol oaumento da sua concentrao no plasma.

Exerccios 10

1. Qual a principal forma de excreo do colesterol? Que importante papel fisiolgico tem a

excreo do colesterol? Explique quimicamente.

2. Quais so os principais grupos de hormnios esterides? Onde so sintetizados e quais so

seus papis fisiolgicos? Esquematize a sntese de tais hormnios a partir do colesterol.

3. Quais so as conseqncias de uma doena hereditria caracterizada pela ausncia de

receptores de LDL? Explique.

4. Por que comum referir-se ao LDL-colesterol e HDL-colesterol como colesterol mau e

bom, respectivamente?

5. Por que uma dieta com restrio em colesterol, no suficiente para reduzir seus nveis

plasmticos?


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6. Uma das terapias medicamentosas utilizadas para a normalizao do colesterol plasmtico

o uso de resinas, como a colestiramina. Explique o processo fisiolgico sobre o qual tal

interveno atua e de que forma essas resinas funcionam.

7. As estatinas (sinvastatina, lovastatina, pravastatina, atorvastatina, etc.) so medicamentos

utilizados para reduzir os nveis plasmticos de colesterol. Baseados na estrutura qumica de

tais compostos, explique seu mecanismo de ao.8. Por que indivduos diabticos possuem maior predisposio para nveis elevados de

colesterol? Justifique bioquimicamente.

9. Que so Sais Biliares e quais as funes dos mesmos? Quais os pigmentos que

conferem a colorao s fezes?


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BIOENERGTICA, TERMODINMICA e ATP

1. A variao de energia livre padro diretamente relacionada constante de equilbrio:

Go = -2.3RT log Keq

2. A composio de um sistema de reao (uma mistura de reagentes e produtos) tende a umavariao contnua at que o equilbrio alcanado. No equilbrio, as taxas de reao para um

lado e para outro so exatamente iguais. As concentraes de reagentes e produtos no

equilbrio definem a constante de equilbrio. Na reao:

A + B C + D , a constante de equilbrio dada por:

Keq = [C][D] / [A][B]

3. Quando um sistema no est em equilbrio, ele tende ao equilbrio, e a magnitude desta

tendncia pode ser medida como a variao de energia livre da reao, G. A energia livre de

Gibbs (G), uma propriedade termodinmica, definida pela equao: G = H TS, onde H, T e S

so respectivamente entalpia, temperatura absoluta e entropia, todas tambm propriedades

termodinmicas.

4. Numa transio de estado a temperatura (T) e presso constantes (condies comuns s

reaes bioqumicas) a variao de G (G) : G = H - TS.

Se se trata de uma reao bioqumica, H o calor de reao. Quando H positivo a reao

endotrmica, se H for negativo a reao exotrmica. Nestas condies, a espontaneidade da

reao definida pelo valor de G: se G negativo, a reao espontnea, sendo

denominada exergnica. Se, ao contrrio, G for positivo, a reao no ocorre

espontaneamente e denominada endergnica. Portanto, a reao ocorre no sentido em que aenergia livre total diminui.

4. No equilbrio, G = 0. Logo, possvel demonstrar a validade das seguintes igualdades:

G = G + 2,3 RT logB/A B/A = K G = - 2,3 RT logK

5. Em condies padro, 25C (298K), com concentraes de reagentes e produtos iguais a 1M,

pH = 0, a variao de energia livre considerada padro, ou G. Entretanto, a maioria das

reaes bioqumicas ocorrem em pH 7,0, para as quais utiliza-se G.

6. A Figura 4 mostra esquematicamente como varia G com o desenvolvimento da reao, indicado

no eixo das abcissas como coordenada de reao


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Figura 4. Variao de energia livre (G) no decorrer de uma reao genrica.

Para que a reao ocorra, necessariamente tem-se Gfinal < Ginicial, isto , G negativo. Um ponto

importante a ser destacado que o valor de G permite prever se a reao pode ocorrer, mas

no a velocidade com que a reao atinge o equilbrio. A velocidade de reao depende da

energia livre do Estado de Transio que maior que do que o dos reagentes no Estado Inicial,

isto , G* positivo. Quanto maior o valor de G*, menor ser a velocidade de reao.

8. Na reao genrica A B a velocidade (v) proporcional a [A], isto , v1=k1[A]. A velocidade dareao inversa ser, consequentemente, v-1=k-1[B]. k1 e k-1 so constantes de velocidade e

reaes como AB e BA so ditas de primeira ordem, porque as suas respectivas

velocidades dependem de concentrao molar de um nico reagente elevado potncia 1. As

constantes de velocidade k1 e k-1 so diferentes da constante de equilbrio da reao, K=[B]/[A].

No estado de equilbrio, por definio, v1=v-1 e, portanto, formalmente, K=k1/k-1. As reaes

representadas pelas equaes seguintes: 2AB e A+BC so de segunda ordem, cujas

velocidades so, respectivamente, v=kA[A]2 e v=kAB[A][B]. Notar que a ordem da reao no

coincide necessariamente com a estequiometria da equao qumica.

9. As quinases formam uma classe muito importante e abundante de enzimas, que se caracterizam

por catalisar a transferncia de um grupo fosfato de alta energia para uma outra substncia

receptora.

10. So chamados compostos de alta energia substncias orgnicas com o grupo fosfato em

ligaes anidrido ou fosfoenol, cuja hidrlise libera fostato inorgnico (Pi) com um G0 negativo

e em valor absoluto superior a 8kcal/mol. Outros compostos fosforilados com o fosfato em

ligaes ester ou tioester tambm mostram um G0 de hidrlise negativo, mas de valor absoluto

EnergiaLivre(G)

Coordenada de Reao

Estado Inicial (S)

Estado Final (P)

Estado de Transio

G'

G*


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Tabela 2. Compostos fosforilados.

R

C

CH2

Fosfoenol

+ H2OOP

R

C

CH3

O + Pi Go' = - 13.000 cal/mol

Anidrido fosfrico

cetona cido

R

C O P

O

+ H2O

R

C O + Pi

cido

O

cido

Go' = - 8.000 cal/mol

O PR + H2O + Pi

cido

Go' = - 3.000 cal/mol

ster fosfrico

OR H

lcool

R S CoA

O

C

Tioster

+ H2O +

cido

Go' = - 3.000 cal/molOHR

O

C HS-CoA

tiolcool

ATP ADP

ADP

AMP

+ H2O + Pi

cido

Go' = - 8.000 cal/mol

cido

AMP+H

2O

+ Picido

Go'= - 8.000 cal/mol

cido

A OH+ H2O + Picido

Go' = - 3.500 cal/mollcool

Adenosina trifosfato

Adenosina difosfato

Adenosina monofosfato(Adenosina)

Pi = fosfato inorgnico = HPO42-

= PO32-P

Na clula:

[ATP] +[ADP]+ [AMP] = constante(pH=7,4)

H

11. No metabolismo muito importante a transferncia de fosfatos de um composto fosforilado de

alta energia para outro. Uma das reaes chave deste tipo :

fosfoenolpiruvato + ADP ATP + piruvato

G0=-5kcal/mol

Como esta reao no ocorre sem catlise, seu controle pela clula feito atravs de uma

enzima quinase especfica.


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12. Alm das quinases que catalisam a transferncia de grupo fosfato do ATP para metablitos,

existem as quinases que tem transferem grupos fosfato entre protenas. Essas enzimas so

genericamente referidas como quinases de protena ou, simplesmente, protena-quinases.

H alguns milhares de protena-quinases diferentes em um organismo, que catalisam a

transferncia de fosfato de ATP para o grupo OH da cadeia lateral de resduos especficos de

serina e treonina formando um ster de fosfato. As reaes deste tipo so genericamentechamadas de fosforilaes e so modificaes covalentes que causam mudana de

conformao das protenas, alterando sua atividade biolgica. Por exemplo, um grande nmero

de enzimas so fosforiladas para sofrer uma transio do estado inativo ao ativo ou vice-versa.

Mais raramente as protenas so fosforiladas no grupo enlico de resduos de tirosina.

Exerccios 11

1) Defina reaes exotrmicas e endotrmicas. Qual a relao entre estes conceitos e a funo

termodinmica entalpia?

2) Defina reaes exergnicas e endergnicas. Qual a relao destes conceitos com G0.

3) G0 caracterstico de cada reao (desde que a temperatura seja constante) e no varia

com as concentraes de reagentes e produtos no equilbrio. G, por outro lado, no

caracterstico da reao, podendo assumir qualquer valor em funo das concentraes

iniciais de reagentes e produtos (quociente Q na expresso de G). Mostre por que estas

afirmaes so verdadeiras discutindo a expresso que relaciona G0 e G.

4) Na reao genrica AB Keq=103. Qual o valor de G0? No ponto de equilbrio as

concentraes molares de A e B podem variar? Como varia G com as concentraes

molares iniciais de A e B?

5) Ainda para a reao AB (questo 4) proponha uma condio na qual a reao inversa seja

espontnea. Mostre que a sua proposta possvel calculando o respectivo G. Esta questo

possui mltiplas respostas ou apenas uma resposta nica?

6) Para a reao AB (questo 4), se a constante de velocidade de primeira ordem, k1 for igual

a 10, qual deve ser o valor da constante k-1 para a reao inversa? Para um mesmo K,

constante de equilbrio, pode haver mltiplos valores de k1 e k-1 ? Qual a interpretao

termodinmica para a sua resposta?


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7) Considerando a equao G0 = -2,3 RT log K, sendo: R = 1,98 x 10-3 kcal/mol K; T = 298K e

2,3 RT = 1,36 kcal/mol. Calcule os valores de G0 quando K varia de 105 a 10-5. Faa uma

tabela.

8) Porque a hidrlise de ATP necessita catlise enzimtica, sendo este um composto rico em

energia? Utilize-se do grfico esquemtico de variao de G (energia livre) em funo decoordenada de reao para responder a esta questo, definindo estado de transio e

energia de ativao.


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METABOLISMO GERAL ESTRATEGIAS

1. Os sistemas vivos para se manterem na condio de baixa entropia (alta organizao) e

ainda fora do equilbrio termodinmico necessitam retirar energia e poder redutor do

meio ambiente. Lembre-se que as molculas sintetizadas pelo organismo via de regra

esto no estado reduzido, como acares e lipdios. Lembre-se tambm que os

organismos autotrficos procedem sntese de Glicose a partir de CO2, H2O e energia na

forma de Luz (h). Este processo inclui a reduo do C (CO2) (Nox=4) para CH2O (hidrato

de Carbono) (Nox= 0).

2. Do ponto de vista metablico dois processos ocorrem. Queima de compostos para

obteno de energia e poder redutor = Catabolismo. Uso das energias (ATP) e poder

redutor para Snteses de macromolculas, movimentos, transportes contra gradientes etc.

Processos estes uphill.3. A manuteno dos processos metablicos e do fluxo de materiais controlada por

meticuloso sistema enzimtico que permite o controle metablico seja em direo ao

catabolismo, seja em direo ao anabolismo. Este fino controle exercido em funo da

condio metablica, no qual vias so bloqueadas e outras so ativadas.

4. Reaes uphill podem ser tranformadas em downhill pelo acoplamento de reao

favorvel, em geral pela hidrlise de ATP, seja para ADP e Pi seja para AMP e PPi

(pirofosfato). Este PPi pode ser ainda hidrolizado duas de Pi e isto auxilia em deslocar o

equilbrio no sentido de produtos.5. Como os produtos de reaes pouco favorveis so retirados para outras vias, isto pode

levar a reao complexo.

6. O ATP considerado a moeda corrente de Energia Livre. O ATP esta sempre sendo

formado e consumido. O ATP no depsito de energia. Depsitos de energia so

Lipdios, Glicognio, Creatina-Pi (msculo).

7. O creatina-Pi reserva de ~Pi no msculo.

8. NADH e FADH2 so os principais carreadores de eltrons nas oxidaes biolgicas. O

NADPH a maior fonte de eltrons para as redues biossintticas. Note que o grupo Pi a nica diferena entre o NAD e o NADP, o quem permite o reconhecimento por

enzimas.

9. A Coenzima-A o carreador de grupos acila.

10. Abaixo se encontram figuras do catabolismo e anabolismo


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Catabolismo

Anabolismo


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Estratgia Metablica

1)Alvos: Produzir ATP, gerar poder Redutor, obter blocos para Snteses.

2)Funes do ATP : Fonte de Energia para Msculo

Transporte Ativo

Amplificao de Sinais (checar AMPc)

Biossntese

3)Hidrlise de ATP muda equilbrio acoplado por um fator de 108!!

4)Sntese de ATP glicose 2 ATP (vantagem a rapidez)

Ac. Graxos 30/32 ATPs (cido palmtico)

5)Via das Pentoses NADPH (biossnteses)

6)Blocos DHP glicerol TAGs

PEP aas aromticos

Acetil-CoA unidades de 2CSuccinil-CoA porfirinas

Pentose Ribose 5 Pi

7)Degradao Sntese, porm em geral exergnicos graas ao ATP.

8)Atividade Enzimtica Chave para Sucesso

9) Controle do Metabolismo em geral no Passo Irreversvel

Transforma processos de msegundos para Segundos

10)Modificao Covalente

11)Nvel de Enzimas (controle da transcrio). Sntese vs. Degradao Hormnios

12)Compartimentalizao de Processos. Ex. mitocndria, fluxo de metablitos.

Exerccios 12

1) Qual o valor do G0 para hidrlise do ATP? E do PPi?

2) Escreva a forma do ATP e esquematize quais grupos podem ser denominados ~Pi?

3) Por que o ATP rico em energia livre? Qual as formas do ATP no pH fisiolgico? Por queo ATP em geral esta acompanhado do on Mg2+?

4) Qual o fator que a hidrlise de ATP desloca equilbrios?

5) Mostre as estruturas do NAD, do FAD e do NADP oxidados e reduzidos. Saliente quais

grupos das molculas so oxidados e reduzidos.

6) Como a estrutura da Co-Enzima A?

7) Quais as vitaminas presentes no NAD, FAD e CoA.


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8) O que significa Carga Energtica e Potencial de fosforilao?

9) Discuta os 12 tens apresentado no tema acima Estratgia Metablica.


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GLICLISE

1. A gliclise a principal via catablica da glicose compreendendo as 10 reaes enzimaticamente

catalisadas que so mostradas na figura abaixo e cuja estequiometria total pode ser observada

na equao qumica seguinte:

Glicose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+

A gliclise, como todas as vias catablicas, exergnica e a equao acima corresponde a

Go = -43,4 kJ/mol. Mas o dado da variao de energia livre mais interessante em termos de

G, cujo valor exato depende de cada clula especfica, por exemplo, em msculo cardaco

estima-se que seja igual a 74,0 kJ/mol.

2. A finalidade da gliclise obteno de energia, como a equao estequiomtrica indica, cada

molcula de glicose degradada a duas de piruvato e parte da energia livre liberada nesta

degradao retida nos produtos na forma de 2 NADH e 2 ATP.

3. A reao que permite a obteno de NADH a nica de oxido-reduo da gliclise, pela qualgliceraldedo-3-P oxidado a glicerato-1,3-bisP, atravs da ao oxidante de NAD+ catalisada

pela enzima gliceraldedo desidrogenase. A manuteno da capacidade oxidante da gliclise

exige que NADH seja re-oxidada a NAD+ , uma alternativa para isso apresentada na figura,

atravs da reao pela qual NADH reduz piruvato a lactato, recuperando NAD+. Esta alternativa

ocorre no msculo esqueltico com baixos nveis de O2.

4. J ATP produzido em duas reaes distintas pelas quais um radical fosforil transferido de,

respectivamente, glicerato-1,3-P e P-enolpiruvato para ADP, em transferncias catalisadas por

glicerato-1,3-P-quinase e P-enolpiruvato-quinase. Esta maneira de fosforilao de ADP conhecida como fosforilao a nvel do substrato, para distingui-la da fosforilao oxidativa da

mitocndria que ser vista mais adiante.

5. Na gliclise, h 3 reaes de fosforilao irreversveis catalisadas, respectivamente, pela

hexoquinase, fosfofrutoquinase e piruvato-quinase, que funcionam como marca-passos da via,

cuja regulao se d por um elaborado sistema de controle alostrico das enzimas.

6. Diversas outras hexoses, como frutose, galactose e manose, tambm so metabolisadas pela via

glicoltica.

7. A gliclise em condies anaerbicas tem energtica e funes variadas, conforme o organismo.

Cabe fazer dois destaques importantes.

8. Em vertebrados, encontram-se msculos esquelticos muito pobres em mitocndria, que so

especializados para produzir ATP a partir de gliclise anaerbica, cuja energtica obedece a

seguinte reao geral: Glicose 2Lactato + 2H+ ; Go = -196kJ/mol. Mas, parte dessa energia

livre liberada que seria dissipada (61kJ/mol) retida na forma de 2ATP produzidos por mol de

glicose degradada. Deve-se ainda enfatizar que o lactato no descartado, pois vai ser


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aproveitado no fgado, aonde reoxidado a piruvato, alternativa metablica importante a ser

examinada mais frente.

9. Leveduras mostram um exemplo de gliclise anaerbica na forma da fermentao alcolica,

segundo a reao geral: Glicose 2Etanol + CO 2; Go = -235kJ/mol. Aqui tambm parte da

energia livre, +61kJ/mol, mantida com a produo de 2ATP. A parte final da fermentao

alcolica compreende duas reaes: a primeira envolve a descarboxilao de piruvato eliberao de acetaldedo, catalisada pela enzima piruvato-carboxilase, que no existe em

animais. Na segunda reao a desidrogenase alcolica catalisa a reduo do acetaldedo por

NADH.


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O

OH

OH

OHHO

ATP

ADP

O

OH

OH

OHHO

ATP

ADP

OP -O-CH2 CH2O- P

OH

HO

H2C-O- P

C=O

H2C-OH

HC=O

HC-OH

H2C-O- P

HOCH2

P -OCH2

O=C-O- P

HC-OH

H2C-O- P

NAD+

NADH

Pi

O=C-O-

HC-OH

H2C-O- P

COO-

HC-O- P

H2C-OH

H2O

COO-

C-O- P

CH2

ATP

ADP

COO-

C=O

CH3

COO-

HC-OH

CH3NAD+ NADH

OP -O-CH2 CH2OH

OH

HO

HO

ATP

ADP

NAD+

NADH

Pi

ATP

ADP

Glicose

Glicose 6-fosfato

Frutose 6-fosfato

ATP

ADP

Frutose 1,6 bisfosfato

Diidroxiacetona

fosfatoGliceraldedo

3-fosfato

1,3 Bisfosfoglicerato

3-Fosfoglicerato

2-Fosfoglicerato

Fosfoenolpiruvato

PiruvatoLactato

GLICLISE

HO

NAD+ NADH

ADP

ATP

ADP

ATP


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Exerccios 13

1) Classifique as reaes da gliclise, destacando as que so de xido-reduo.

2) Equacione a reao de oxidao de gliceraldedo-3-fosfato, destacando o oxidante e o redutor.

3) Na reao do item 2) parte da energia utilizada para produzir ATP. Mostre como isso possvel,

equacionando as etapas relevantes da reao. Defina fosforilao ao nvel do substrato.

4) Equacione a reao lquida da transformao de glicose em piruvato. Como regenerada a

capacidade oxidante do sistema NAD+/NADH necessria atividade glicoltica nos glbulos

vermelhos humanos (que no tm mitocndria) e na cultura de levedo sem O2 (fermentao).

5) Examine uma tabela com as 10 reaes da via glicoltica que contenha, respectivamente, o G0

e o G das reaes. Quais so as reaes irreversveis da gliclise?

6) Porque os valores de G0 e de G da mesma reao podem ser diferentes? Para decidir se a via

glicoltica numa determinada clula reversvel ou irreversvel, que valor mais relevante, G0

ou G?

7) Uma pessoa incapaz de executar exerccios fsicos intensos e prolongados teve suas enzimas

analisadas. Todas as enzimas da via glicoltica estavam em concentrao normal, com excesso

da fosfoglicerato mutase muscular.

a) Como ser afetada a produo de energia metablica em uma clula que apresenta baixos nveis

desta enzima?

b) Como ser afetada a produo de Lactato na ausncia desta enzima? [Referncia: Di Mauro, S.;

Miranda, A.F.; Kahn, S.e Gitlin, K. - Human muscle phosphoglycerate mutase deficiency Science

1981, vol. 212, 1277-1279.

8) Calcular a porcentagem de energia armazenada pela clula ao degradar glicose pela via

glicoltica. Sabe-se que:

Glicose 2 lactato Go' = - 47.000 cal/mol


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CICLO DE KREBS

1. Em condies aerbicas, o destino do piruvato produzido na gliclise sofrer uma

descarboxilao oxidativa catalisada pela piruvato desidrogenase, que um complexo

multienzimtico existente no interior da mitocndria de eucariotos. Portanto, o piruvato precisaentrar na mitocndria para ser degradado por essa via. A reao geral a seguinte:

Piruvato + CoA + NAD+ Acetil-CoA + NADH + CO2

2. O acetilCoA resultante da metabolizao do piruvato totalmente oxidado no ciclo do cido

ctrico, tambm chamado ciclo de Krebs, conforme a seguinte reao geral:

Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2 H+

O ciclo de Krebs, esquematizado na figura, compreende 8 reaes, envolvendo 8 enzimas e 8

cidos carboxlicos, di e tri-cidos, todos dispersos na matriz da mitocondria. Portanto,

comeando no piruvato e passando pelo acetilCoA, ocorre oxidao completa desses metabolitos

liberando 3CO2 sem participao de O2 molecular. Os agentes oxidantes em todas as reaes

so NAD+ ou FAD e as formas reduzidas destas co-enzimas (NADH + FADH2 ), resultantes do

processo, s so reoxidadas na cadeia respiratria, uma via especializada que se localiza na

membrana mitocondrial interna e ser considerada mais adiante.

3. O ciclo de Krebs, conforme sua reao geral indica, essencialmente catablico, pois promove

a oxidao do radical acetil a 2CO2 e retm parte da energia livre desta reao na forma de

coenzimas reduzidos que, posteriormente, serviro produo de ATP atravs da fosforilao

oxidativa. Para cumprir esta funo basta que os 8 intermedirios do ciclo ocorram em

concentraes catalticas. Mas, o ciclo possui outra funo, alm da catablica, diversos de seusintermedirios alimentam as vias de sntese de aminocidos, lipdeos e glicose, isto , o ciclo

tem tambm funo anablica e, portanto, deve ser classificado como anfiblico. Para que o

ciclo desempenhe concomitantemente ambas as funes, catablica e anablica, as

concentraes dos intermedirios so mantidas e controladas atravs de um complexo sistema

de reaes auxiliares, conhecidas como reaes anaplerticas. Um exemplo de reao

anaplertica a carboxilao de piruvato para obter oxalacetato, catalisada pela enzima piruvato

carboxilase.

4. A transformao de piruvato em acetil-CoA, uma reao para a qual convergem diversas vias

catablicas e anablicas, alm da gliclise. Por esse motivo a piruvato desidrogenase est

sujeita a um controle altamente elaborado, compreendendo dois nveis de regulao: a) controle

alostrico atravs da inibio pelo produto, exercido por NADH e acetil-CoA; b) modificao

covalente reversvel da subunidade E1 da enzima, por fosforilao/desfosforilao.

5. As enzimas citrato sintase, isocitrato desidrogenase e -cetoglutarato desidrogenase so as

reguladoras do fluxo metablico atravs do ciclo de Krebs e esto sujeitas a controle alostrico,

envolvendo NADH como inibidor e Ca+ e ADP como ativadores.


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4) Equacione a descarboxilao oxidativa de -cetoglutarato a succinato, respeitando a

estequiometria da reao. Mostre as etapas que compem esta reao com as respectivas

enzimas e coenzimas.

5) Quais so as enzimas do ciclo de Krebs sujeitas a regulao? Explique como cada uma delas

regulada.

6) Explique porque piruvato estequiometricamente convertido a CO2 na respirao de fatias de

msculo mantidas em soluo fisiolgica, enquanto oxalacetato e citrato tem efeito cataltico

neste mesmo processo. Mostre porque a respirao pode ser sustentada pelo consumo

estequiomtrico de citrato, mas no de acetato, quando o ciclo de Krebs inibido por malonato.

7) Dispondo das enzimas necessrias, a adio de que compostos far aumentar a concentrao de

oxaloacetato em um sistema in vitro que contm mitocndrias: acetil-CoA, piruvato, glutamato,

citrato ou cidos graxos?

8) Uma suspenso de mitocndrias, suplementada com acetil-CoA marcada com C14, produz CO2

marcado apenas quando suprida de oxignio. Em condies anaerbias, a adio de azul de

metileno restaura a produo de CO2 marcado, observando-se tambm a descolorao do corante

(azul de metileno reduzido incolor). Explique estes dados.


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CADEIA RESPIRATRIA E FOSFORILAO OXIDATIVA

1. Fosforilao oxidativa o processo bioqumico pelo qual a oxidao de NADH e FADH2 ,

produzidos na gliclise e ciclo de Krebs, ocorre acoplada produo de ATP, a partir de ADP +

Pi. Este processo se d na cadeia respiratria ou cadeia de transporte de eltrons, quecompreende um conjunto ordenado de enzimas e transportadores de eltrons inseridos na

membrana interna da mitocndria.

2. A cadeia respiratria contem 4 complexos, I,II, III e IV, ordenados por ordem crescente de

potencial redox, indo do potencial padro de NAD+/NADH (E0= -0,315V) ao do O2/H2O (E0=

+0,815V). Os eltrons so transferidos do complexo I ou II para o complexo III pela coenzima

Q (ou ubiquinona), e do complexo III para o complexo IV pelo citocromo C para chegar ao O2.

NADH e FADH2 , cedem eltrons, respectivamente, aos complexo I e II. A transferncia

exergnica de eltrons do nvel redox de NADH para o de O2 (E0= 1,130V) envolve uma

diferena de energia livre liberada (G0= -218kJ/mol) que em parte retida pelo transporte de H+

do lado interno para o externo da membrana, criando o gradiente eletroqumico de prtons que

permitir empurrar o processo endergnico de fosforilao de ADP por Pi para gerar ATP,

atravs da bomba de prtons que constitui a ATP sintase (tambm conhecida com F1F0-

ATPase).

Complexo I Complexo III Complexo IV

EspaoIntermembranar

MatrixMitocondrial

NADH + H+

2 H+

NAD+

Q

4 H+

Cit C

2 H+

1/2 O2 + 2H+H2O

Complexo II

FADH2

3. A ATP sintase distinta e fisicamente separada da cadeia de transporte de eltrons. A

transferncia de 2e de NADH at O2 envolve um G0= -218kJ/mol, que gera um incremento no

gradiente de prtons suficiente para mover a ATP sintase, permitindo a produo de 3 moles de

ATP (G0= +30,5kJ/mol). Nestas condies, a ATP sintase trabalha com uma eficincia

termodinmica igual a 42%. , no entanto, necessrio destacar que quando os 2e saem do nvel


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redox de FADH2 , formam-se apenas 2ATP. Naturalmente, para uma melhor medida da real

eficincia termodinmica da fosforilao oxidativa seria preciso estimar o G da transferncia de

eltrons em vez do G0.

4. A grande quantidade de energia livre que seria dissipada na oxidao completa da glicose a CO2

e H2O [C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O; G0= -2823 kJ/mol] aproveitada para produo de

ATP, graas quase exclusivamente ao processo de fosforilao oxidativa, rendendo 38ATP pormol de glicose (incluindo neste total 2ATP da gliclise e 2 do ciclo de Krebs).

5. Vrios mecanismos da cadeia de transporte de eltrons e de seu acoplamento sntese de ATP

foram elucidados atravs da utilizao de inibidores e desacopladores, entre os quais esto:

rotenona, amital, antimicina A, cianeto e DNP.

Rotenona e amital inibem a reduo dos complexo I e III por NADH.

Antimicina A inibe o transporte de eltrons no complexo II.

Cianeto inibe o transporte no complexo IV.

DNP desacoplador, pois promove o vazamento de H+ ,levando dissipao do gradiente

de prtons e contnuo transporte de eltrons, desacoplado da sntese de ATP.

6. A sntese de ATP a partir de ADP e Pi na mitocndria, que catalisada pela ATP sintase,

dirigida pelo processo de transporte de eltrons. Mas como a ATP sintase fisicamente separada

das protenas do transporte de eltrons, a energia livre liberada no transporte de eltrons deve

ser conservada em uma forma que possa ser utilizada pela ATP sintase. A energia livre do

transporte de eltrons conservada pelo bombeamento de H+ da matriz mitocondrial para o

es

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