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Bioquímica Ilustrada

é determinada principalmente pela ingestão de energia e não pela composição dos nutrientes. Para muitos indivíduos, a restrição calórica não é efetiva a longo prazo. Mais de 90% das pessoas que tentam perder peso ganham novamente o peso perdido quando é suspensa a intervenção na dieta. Ainda assim, é importante reconhecer que, embora poucos indivíduos alcancem seu peso ideal com tratamento, perdas de 1O% do peso corporal ao longo de um período de seis meses freqüentemente reduzem a pressão sangüínea e os níveis de lipídeos e aumentam o controle sobre o diabetes do tipo 2. Assim sendo, os benefícios para a saúde de perdas de peso relativamente pequenas devem ser enfatizados para o paciente. C. Tratamento farmacológico e cirúrgico Duas medicações destinadas a reduzir o peso estão atualmente aprovadas pela FDA* para uso em adultos que apresentam um IMC igual ou superior a 30. O primeiro, sibutramina\ é um supressor do apetite que inibe a recaptação, tanto de serotonina quanto de noradrenalina. O segundo, orlistae, é um inibidor da lipase, que inibe as lipases gástrica e pancreática, assim inibindo a digestão da gordura da dieta em moléculas menores (Figura 26.12A). Procedimentos cirúrgicos, idealizados para reduzir o consumo

Determinação da gordura corporal

Acúmulo de gordura corporal

considera

resulta de

estimada pelo

t

influenciados por

Fatores genéticos e Muitos genes -envolvidos e Influenciam tanto a

< 20

ingestão quanto o gasto de energia ~25

y Fatores químicos e Leptina e Serotonina • • • • •

Dopamina Grelina Colecistocinina Noradrenalina Ins ulina influenciam

s;:::·j ~r

t Tanto a ingestão de alimento quanto o gasto energético

B I

associado com

associado com

Risco de mortalidade e morbidade acima do normal

Risco de Risco de mortalidade e mortalidade e morbidade acima morbidade do normal próximo ao normal

Figura 26.13 Mapa de conceitos-chave para a obesidade. •

N. de T. FDA, Food and Drug Administration, é uma agência governamental dos Estados Unidos, que regulamenta a comercialização e a utilização de alimentos e medicamentos.

1 2 '

Veja o Capítulo 28 de Farmacologia Ilustrada (31 edição) e o Capítulo 42 (2" edição) para uma discussão mais detalhada sobre drogas usadas no tratamento da obesidade.

Fatores ambientais e comportamentais e Dis po n ibilidade, custo , sabor, variedade e densidade energ ética do alimento • Tamanho da porção • Lanches • Aumento no uso de automóveis, aparelhos que economizam energia do individuo, televisores e computadores • Resposta psicológica ou emocional ao alimento

353


354

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

de alimento, são uma opção para pacientes gravemente obesos, que não tenham respondido a outros tratamentos (Figura 26.12 8 ). Cirurgias levam a perdas de peso mais intensas e prolongadas que dietas ou terapias farmacológicas, mas apresentam substanciais riscos de complicações.

VIII.

RESUMO DO CAPÍTULO

Obesidade - o acúmulo de excesso de gordura corporal - resulta quando a ingestão de energia excede o gasto energético. A obesidade está aumentando em países industrializados, devido a uma redução no gasto energético diário e a um aumento na ingestão de energia, resultante de uma maior disponibilidade de alimentos palatáveis e ricos em energia. O índice de massa corporal (IMC) é uma medida da gordura corporal. Quase dois terços dos norte-americanos adultos apresentam sobrepeso 2 (IMC > 25 kg/m ) e mais de 30% são obesos (IMC > 30 kglm\ Excesso de gordura localizada na área abdominal central do corpo apresenta maior associação com risco para hipertensão, resistência à insulina, diabetes, dislipidemia e doença arterial coronariana, em comparação com gordura localizada nos quadris e coxas. O organismo tenta aumentar o tecido adiposo quando o peso corporal diminui abaixo de um ponto fixo, e tenta perder peso quando o peso corporal é maior que esse ponto fixo. O peso é determinado por fatores genéticos e ambientais. O apetite é influenciado por sinais aferentes, ou de entrada - sinais neurais, hormônios circulantes e metabólitos - que chegam ao hipotálamo. Esses diversos sinais determinam a liberação de peptídeos hipotalâmicos e ativam sinais neurais eferentes. A obesidade correlaciona-se com aumento no risco de mortalidade e é um fator de risco para diversas condições crônicas. A redução do peso é alcançada com um balanço energético negativo para reduzir o peso corporal, ou seja, pela diminuição da ingestão calórica e/ou pelo aumento do gasto energético. Praticamente todas as dietas que limitam determinados grupos de alimentos ou macronutrientes levam à perda de peso em curto prazo. A manutenção a longo prazo da redução do peso é difícil de ser obtida. Reduções modestas na ingestão de alimento podem ser alcançadas com tratamentos farmacológicos. Procedimentos cirúrgicos idealizados para red uzir o consumo de alimento são uma opção para pacientes gravemente obesos que não tenham respondido a outros tratamentos.

Questão para Estudo Escolha a ÚNICA resposta correta. 26.1 Uma mu lher de 40 anos de idade, 155 cm de altura e pesando 85,5 kg busca um conselho seu acerca de como perder peso. Suas medidas de cintura e quadril são 104 e 99 cm, respectivamente. Exame físico e dados laboratoriais estão todos dentro do normal. Seu único filho, que tem 14 anos de idade, sua irmã e seus pais, todos apresentam sobrepeso. A paciente lembra ter sido obesa durante toda a infância e adolescência. Ao longo dos últimos 15 anos, ela tentou sete diferentes dietas, por períodos de duas semanas a três meses, perdendo entre 2,5 e 11 kg. Com a interrupção de cada dieta, ela ganhava novamente o peso perdido, voltando a pesar entre 83 e 86 kg. Qual das alternativas seguintes melhor descreve esta paciente? A. Ela pode ser classificada como tendo sobrepeso. 8. Ela apresenta um padrão de distribuição de gordura do tipo "maçã" (andróide). C. Ela possui aproximadamente o mesmo número de adipócitos que um ind ivíduo com peso normal, mas seus adipócitos são maiores. D. Acredita-se que ela apresente níveis de leptina circulante abaixo do normal. E. Acredita-se que ela apresente níveis de triacilgliceróis circulantes abaixo do normal.

Resposta correta = B. A razão entre as medidas de sua cintura e seu quadril é 104/99 = 1,05. O formato de maçã é definido como uma razão entre cintura e quadril de mais de 0,8 para mulheres e mais de 1,0 para homens. Ela apresenta, portanto, um padrão de distribuição de gordura em forma de maçã, mais comumente observado em homens. Em comparação com outras mulheres com mesmo peso corporal, que apresentem um padrão de distribuição de gordura ginecóide, a presença de um aumento no tecido adiposo intra-abdominal ou visceral leva essa paciente a apresentar risco aumentado para diabetes, hipertensão, dislipidemia e doença cardíaca coronariana. Para essa paciente, IMC = peso (kg)/altura2 (m2 ) = 85,5/( 1,55)2 = 35,6 kg/m 2 • O resultado indica que a paciente é classificada como obesa. Indivíduos com acentuada obesidade e uma história de obesidade desde o início da infãncia apresentam depósitos de gordura constituídos de muitos adipócitos, todos carregados com triacilgliceróis. A leptina plasmática em humanos obesos em geral encontra-se normal para sua massa de gordura, sugerindo que resistência à leptina, e não sua deficiência, possa ocorrer na obesidade humana. Os ácidos graxos circulantes, caracteristicamente aumentados na obesidade, são transportados ao fígado e convertidos em triacilgliceróis e colesterol. O excesso de triacilgliceróis e colesterol é liberado como VLDL, resultando em aumento nos triacilgliceróis séricos.


Nutrição

mtm I.

VISÃO GERAL

Fontes de energia • Car boidratos • Gordu ras • Proteínas • (Etanol)

Nutrientes são os constituintes dos alimentos necessários para sustentar as funções normais do organismo. Toda a energia é fornecida por três classes de nutrientes: gorduras, carboidratos, proteínas e, em algumas dietas, etanol (Figura 27.1 ). A ingestão dessas moléculas ricas em energia é maior que a ingestão dos demais nutrientes da dieta. Assim sendo, eles são chamados de macronutríentes. Este capítulo se concentra nos tipos e nas quantidades de macronutrientes que são necessários para manter uma boa saúde e prevenir doenças crônicas em adultos. Os nutrientes necessários em menor quantidade, como as vitaminas e os minerais, são denominados micronutrientes e são considerados no Capítulo 28.

11.

INGESTÃO DIETÉTICA DE REFERÊNCIA

Comitês de especialistas, organizados pelo Conselho de Alimentação e Nutrição da Academia Nacional de Ciências, compilaram as lngestões Dietéticas de Referência (IDRs, ou DR/s, de Dietary Reference lntakes) - que estimam a quantidade de nutrientes necessários para prevenir deficiências e manter uma boa saúde. As IDRs substituem e expandem as Quantidades Diárias Recomendadas (QDRs, ou ROAs, de Recommended Dietary Allowances), que vinham sendo publicadas com revisões periódicas desde 1941. Diferentemente das QDRs, as IDRs estabelecem limites máximos para o consumo de alguns nutrientes e incorporam o papel dos nutrientes na saúde ao longo da vida, indo além das doenças por deficiências. Tanto as IDRs quanto as QDRs se referem à ingestão média diária de nutrientes a longo prazo, porque não é necessário consumir a cota recomendada por completo diariamente.

Capítulo 27

( Áci dos graxos essenciai s

)

( Ami noácidos essencia is

) ) )

(Vitaminas ( Mi nerais

Capítulo 28

Figura 27.1 Nutrientes essenciais obtidos da dieta. (Nota: O etanol não é considerado um componente essencial da dieta, mas pode fornecer uma cont ribuição significativa para a ingestão calórica diária em alguns indivíduos.)

A. Definição de IDR As IDRs consistem em quatro padrões dietéticas de referência para ingestão de nutrientes, designados para grupos específicos, de acordo com a idade, o estado fisiológico e o sexo (Figura 27.2). 1.

Necessidade média estimada (NME, ou EAR, de Estimated Average Requiremen~. As NMEs representam a média diária do nível de ingestão

.....__

__, Nível máximo de ingestão tolerável de nutrientes selecionados (IM)

Figura 27.2 Componentes da Ingestão Dietética de Referência (/DR).


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Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

NUTRIENTE

NME, QDR ou IA

Tiamina

.

Riboflavina

Nf11" QDR

Niacina

N 1

Vitamina B 6

tl 1E. QDR

Folato

N• E. QDR

Vitamina B 12

N E. ODR

de nutrientes estimado para satisfazer as necessidades de metade dos indivíduos sadios em determinado gênero e estágio da vida. É útil para estimar as reais necessidades em grupos e em indivíduos.

IM

E QDR

QDR

2.

Quantidades diárias recomendadas (QDRs). As QDRs são a média diária do nível de ingestão que é suficiente para satisfazer as necessidades da quase totalidade (97 a 98%) dos indivíduos em um estágio da vida e de um gênero. As ODRs não são o mínimo necessário para indivíduos saudáveis; antes, é intencionalmente ajustado para dar uma margem de segurança para a maioria dos indivíduos. As NMEs servem como as bases para o estabelecimento das QDRs. Se o desvio-padrão (DP) da NME está d isponíve l e as necessi dades para o nutriente apresentam distribuição normal, a QDR é ajustada para dois desviospadrão acima da NME, isto é , QDR = NME + 2 DPNME.

3.

Ingestão adequada (IA, ou AI, de Adequate lntake). A IA é estabelecida, no lugar de uma QDR, se evidências científicas suficientes não estão disponíveis para calcular uma NME ou QDR. A IA é fundamentada em estimativas da ingestão de nutrientes por um grupo (ou grupos) de pessoas aparentemente sadias, que se presume estarem adequadas. Por exemplo, a IA para bebês, para os quais o leite humano é a única fonte de alimento recomendada para os prim eiros quatro a seis meses de vida, é fundamentada na estimativa da ingestão média diária de nutrientes fornecidos pelo leite humano para bebês sadios, a termo, que estão se alimentando exclusivamente de leite materno.

4.

Níveis de ingestão máxima tolerados (IM, ou UL, de upper leve~. IM é a média máxima de ingestão diária de nutrientes que provavelmente não coloca em risco de efeitos adversos à saúde, para a quase totalidade dos indivíduos na população em geral. À medida que a ingestão aumenta acima da IM, o risco potencial de efeitos adversos pode aumentar. Não se pretende que a IM seja um nível de ingestão recomendável. A IM é útil devido ao aumento na disponibilidade de alimentos fortificados e ao aumento na utilização de suplementos dietéticas. A IM aplica-se ao uso crônico diário. Para alguns nutrientes, podem não existir dados suficientes para se estabelecer uma IM.

IM IM IM

Ácido pantotênico Biotina Colina Vitamina C

NME ODR

Vitamina A

NME, ODR

Vitamina D Vitamina E

NME, ODR

IM IM IM IM IM

Vitamina K Boro

IM IM

Cálcio Cromo Cobre

N,.E, QDR

Fluoreto Iodeto

NM

Ferro

NME, ODR

Magnésio

NME, ODR

ODR

Manganês

IJ

Molibdênio

NME, ODR

Níquel Fósforo

NME, QDR

Selênio

NME, ODR

Vanâdio Zinco

N E. QDR

IM IM IM IM IM IM IM IM IM IM lM IM

B. Usando as IDRs A maioria dos nutrientes tem um padrão de IDR (Figura 27.3). Geralmente, um nutriente tem uma NME e uma QDR correspondente. A maioria delas é estabelecida de acordo com a idade e o gênero, e pode ser influenciada por fatores especiais, como a gestação e a lactação nas mulheres. Quando os dados não são suficientes para estimar uma NME (ou uma QDR), então calcula-se a IA. A IA é estabelecida por especialistas, para preencher as necessidades de todos os indivíduos em um grupo, mas é fundamentada em menor quantidade de dados do que aqueles utilizados para o estabelecime nto da NME ou da QDR. Ingestão abaixo da NME necessita de melhora, porque a probabilidade de adequação é 50% ou menos (Figura 27.4). Ingestão entre a NME e a QDR provavelmente necessita ser melhorada, porque a probabilidade de adequação é menor do que 98%, e a ingestão no nível ou acima da QDR pode ser considerada adequada. Ingestão acima da IA pode ser considerada adequada. Ingestão entre a IM e a QDR pode ser considerada sem risco de efeitos adversos.

Figura 27.3 Ingestão Dietética de Referência para vitaminas e minerais, em indivíduos com um ano ou mais. NME = Necessidade média estimada; QDR = quantidade diária recomendada; IA = ingestão adequada; IM = níveis de ingestão máxima tolerável de nutrientes selecionados; "-" = sem valor estabelecido.

III.

NECESSIDADES ENERGÉTICAS EM HUMANOS

O aparte dietético recomendado é a ingestão média de nutrientes energéticos prevista para manter um balanço energético (isto é, quando as calorias


357

Bioquímica Ilustrada

NME é a ingestão na qual o risco de inadequação é 50%.

QDR é a ingestão na qual o risco de inadequação é 2 a 3%.

Em uma ingest ão acima da IM, o ri sco de efeitos adversos

IA não apresenta uma relação preditiva com NME ou QDR. A IA está fundament ada em uma estimativa da ingestão de nutrientes em pessoas sadias.

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Níveis observados de ingestão de nutrientes

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Figura 27.4 Comparação dos componentes da Ingestão Dietética de Referência. NME = Necessidade média estimada; ODR = quantidade diária recomendada; IA= ingestão adequada; IM =níveis de ingestão máxima tolerável de nutrientes selecionados.

consumidas são iguais à energia gasta) em um adulto sadio, em determinados gênero, idade e altu ra, e cujo peso e nível de atividade física são consistentes com uma boa saúde. Diferenças na genética, no metabolismo e no comportamento dos indivíduos tornam difícil predizer com precisão as necessidades calóricas de um individuo. Entretanto, algumas aproximações simples podem nos dar estimativas úteis: por exemplo, adultos sedentários requerem cerca de 30 kcal/kg/dia para manter seu peso corporal; adultos moderadamente ativos necessitam 35 kcal/kg/dia ; e adultos muito ativos requerem 40 kcal/kg/dia. (Nota: A média das necessidades diárias de energia, utilizada em etiquetas de alimentos, é 2.000 kcal/dia.)

Carboidrato

~~~

Proteína Gordura 1----......_- - - - , 9 Á lcool

kcal/g

Figura 27.5 Energia disponível a partir da maioria dos componentes dos alimentos

A. Conteúdo energéti co dos alimentos O conteúdo energético dos alimentos é calculado pelo calor liberado pela combustão total do alimento em um calorímetro. Ele é expresso em kilocalorias (kcal ou Cal). Os fatores de conversão-padrão para determinar o valo r calórico metabólico de gordura, proteína e carboidratos são mostrados na Figura 27.5. Observe que o conteúdo de energia para a gordura é mais que o dobro daquele para os carboidratos ou proteínas, enquanto o conteúdo de energia do etanol é intermediário entre gorduras e carboidratos. (Nota: O Joule é uma unidade de energia amplamente utilizada em vários países. Para uniformidade, muitos cientistas estão promovendo o uso de Joules (J]. em vez de calorias [1 cal = 4, 128 J]. Entretanto, kcal ainda predomina e é utilizada neste texto.)

Taxa metabólica de repouso 1.300 kcal 60%

=

B. Como a energ ia é uti lizad a n o organis mo A energia gerada pelo metabolismo dos macronutrientes é utilizada para três processos dependentes de energia que ocorrem no organismo: taxa metabólica de repouso, efeito térmico do alimento (anteriormente chamado de ação dinâmica específica) e atividade física. 1.

Taxa metabólica de repouso. A energia gasta por um indivíduo em repouso, em um estado pós-absortivo, é chamada de taxa metabólica de repouso (T MR; anteriormente, taxa metabólica basal). Ela represe nta a en ergia necessária para manter as funções normais do organismo, como respiração, fluxo sangüíneo, transporte iônico e

Efeito térmico do alimento 210 kcal 10%

=

Atividade física 630 kcal 30%

=

Figura 27.6 Gasto energético total estimado em uma mulher de 20 anos, 165 cm de altura, pesando 50 kg e que faz atividade física leve.


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MACRONUTRIENTE

manutenção da integridade celular. Em um adulto, a TMR é cerca de 1.800 kcal para homens (70 kg) e 1.300 kcal para mulheres (50 kg). Cerca de 50 a 70% do gasto energético diário em indivíduos sedentários são atribuídos à TMR (Figura 27 .6).

VARIAÇÃO (porcentagem de energia)

Gordura

20-35

Ácidos g raxos poliinsaturados n-6

5-10

Ácidos graxos poliinsaturados n-3

0.6-1.2'

(Cerca de 10% do total de gordura pode vir de áci dos graxas de cadeias mais longas n-3 ou n-6)

Carboidrato Não mais que 130 g/dla

45·65

(Não mais q ue 25% do total de calorias deve vir de açucares adicionados)

2.

Efeito térmico do alimento. A produção de calor pelo corpo aumenta até 30% acima do nível de repouso durante a digestão e a absorção dos alimentos. Esse efeito é chamado de efeito térmico do alimento ou termogênese induzida pela dieta. Em um período de 24 horas, a resposta térmica à ingestão de alimentos pode perfazer 5 a 1O% da energia total consumida.

3.

Atividade física. A atividade muscular fornece a maior variação no gasto energético. A quantidade de energia consumida depende da duração e da intensidade do exercício. O gasto diário de energia pode ser estimado, registrando-se cuidadosamente o tipo e a duração de todas as atividades. Geralmente, uma pessoa sedentária requer de 30 a 50% acima das necessidades calóricas no repouso para um balanço energético (veja a Figura 27.6), enquanto um indivíduo muito ativo pode necessitar 100% ou mais calorias acima da TMR.

Fibra

IV. VARIAÇÕES ACEITÁVEIS NA DISTRIBUIÇÃO Ho mens: 38 g Mulheres: 25 g

Proteína

DOS MACRONUTRIENTES 1Q-35

Figura 27.7 Variação aceitável da distribuição dos macronutrientes em adultos. *Fortes evidências sugerem que altos níveis de ácidos graxas poliinsatu rados n-3 fornecem proteção contra doença cardíaca coronariana.

Variações aceitáveis na distribuição dos macronutrientes são definidas como as variações de ingestão de um determinado macronutriente associadas com risco reduzido de doença crônica, enquanto fornecem quantidades adequadas de nutrientes essenciais. As variações aceitáve is na distribuição dos macronutrientes para adultos são de 45 a 65% do total de calo rias para carboidratos, 20 a 35% para gorduras e 10 a 35% para proteínas (Figura 27.7). Observe que existe uma variação na ingestão aceitável para os macronutrientes. Isso é assim em parte devido ao fato de que as gorduras e os carboidratos (e, em menor quantidade, proteínas) podem ser substituídos uns pelos outros para satisfazer as necessidades e nergéticas corporais. As variações aceitáveis na distribuição dos macronutrientes representam então um balanço, desenhado para evita r riscos associados com o excesso de consumo de qualquer macronutriente em particular. Por exemplo, dietas muito ricas em gordura estão associadas com ganho de peso e aumento da ingestão de gorduras saturadas, que podem aumentar as concentrações de colesterol plasmático de lipoproteínas de baixa densidade (LDLs) (veja a pág. 229) e aumentar o risco de doença card íaca coronariana (DCC). Do mesmo modo, dietas muito ricas em carboidratos estão associadas com uma redução nos níveis plasmáticos de colesterol de lipoproteínas de alta densidade (HDLs), um aumento na concentração plasmática de t riacilgliceróis e um risco aumentado de DCC. As variações aceitáveis na d ist ribu ição dos macronutrientes para proteínas garantem um aporte adequado de aminoácidos para o crescimento, a manutenção e o reparo tecidual. As propriedades biológicas das gorduras, dos carboidratos e das proteínas da dieta são descritas a seguir.

V.

GORDURAS DA DIETA

A incidência de várias doenças crônicas é significativamente influenciada pelos tipos e pelas quantidades de nutrientes consumidos (Figura 27.8). O papel das gorduras da dieta e o risco de DCC têm sido exaustivamente documentados e são o foco desta seção.


Bioquímica Ilustrada

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A. Colesterol plasmático e doença cardíaca coronariana Taxa de mortalidade por 100.000 na população

O colesterol plasmático pode originar-se da dieta ou da biossíntese endógena. Em ambos os casos, o colesterol é transportado entre os tecidos combinado com proteínas e fosfolipídeos, formando as lipoproteínas. 1.

2.

LDL e HDL. O nível plasmático de colesterol não é regulado precisamente, mas sim varia em resposta à dieta. Níveis elevados resultam em um aumento do risco de doenças cardiovasculares (Figura 27.9). O risco aumenta progressivamente com valores altos para o colesterol sérico total. Uma correlação mais forte existe entre os níveis sangüíneos de colesterol LDL e doença cardíaca. Em contraste, altos níveis de colesterol HDL têm sido associados com uma diminuição no risco de doença cardíaca. Níve is anormais de lipídeos no plasma (dislipidemias), juntamente com o fumo, a obesidade, o sedentarismo e outros fatores de risco, agem no sentido de aumentar o risco de DCC. Níveis plasmáticos elevados de triacilgliceróis também são um fator de risco para DCC, porém a associação é mais fraca do que entre os níveis de colesterol LDL e DCC. Efeitos benéficos da diminuição dos níveis plasmáticos de colesterol. En saios clínicos têm demonstrado que o tratamento dietético ou medicamentoso da hipercolesterolemia é efetivo em diminuir LDL, aumentar HDL e red uzir o ri sco de eventos ca rd iovasculares. As mudanças induzidas pela dieta nas concentrações plasmáticas de lipoproteínas são modestas, com alterações tipicamente entre 10 e 20%, enquanto o tratamento com "estatinas" diminui o colesterol plasmático cerca de 30 a 40%.

Doenças cardmcas • • • • •

Tumores malignos . • • • •.l w . :r:n 1 todas as formas· I'-~

Doença pulmon a r 44 obstrutiva crónica

36

Acidentes não-intencionais -

Diabetes metoto •

25

Pneumonia por influenza •

24

Figura 27.8 Influência da nutrição em algumas causas comuns de morte nos Estados Unidos no ano de 2000. Em vermelho, causas de morte em que a dieta tem um papel significativo. Azu l indica causas de morte em que o excesso de álcool tem um papel importante. (*A dieta tem influência somente em alguns casos de cânce r.)

B. Gorduras da d ieta e lipídeos plasmáticos Os tríacilgliceróis são, quantitativamente, a classe mais importante de gorduras da dieta. Suas propriedades biológicas são determinadas pela natureza química dos ácidos graxas constituintes, especialmente a presença ou ausência de ligações duplas, o número e a localização dessas ligações duplas e a configuração eis ou trans dos ácidos graxas insaturados.

18

"'c: Q)

1.

2.

Gorduras saturadas. Os triacilgl iceróis que contêm principalmente ácidos graxos cujas cadeias laterais não apresentam qualquer ligação dupla são referidos como gorduras saturadas. O consumo de gorduras saturadas está altamente associado com níveis altos de colesterol total plasmático e colesterol LDL, e com um aumento no risco de doença cardíaca coronariana. A principal fonte de ácidos graxas saturados são laticínios, carne e alguns óleos vegetais, como de coco e de palmeira (principal fonte de gordura na América Latina e na Ásia, mas não nos Estados Unidos, Figura 27.1 O). A maioria dos especialistas aconselha uma limitação na ingestão de gorduras saturadas. Gorduras monoinsaturadas. Triacilgliceróis contendo principalmente ácidos graxas com uma ligação dupla são denominados gorduras monoinsaturadas. Ácidos graxas insaturados são geralmente derivados de vegetais e peixes. Quando substituem ácidos graxos saturados na dieta, gorduras monoinsaturadas diminuem tanto o colesterol plasmático como o colesterol LDL, mas aumentam o HDL. Essa capacidade das gorduras monoinsaturadas em modificar favoravelmente os níveis de lipoproteínas pode explicar, em parte, a observação de que as culturas mediterrâneas, com dietas ricas em óleos de oliva (rico em ácido oléico, monoinsaturado), apresentam uma baixa incidência de doença cardíaca coronariana.

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140 160 180 200 220 240 260 280 300 Colesterol plasmático, mg/dl

Figura 27.9 Correlação da taxa de mortalidade de doença coronariana com a concentração plasmática de colesterol. (Nota: Os dados foram obtidos a partir de um estudo de seis anos com a taxa de mortalidade de homens ajustada para a idade.)


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Quantidade de gordura saturada

Tipo de gordura

Quantidade de gordura insaturada

(gramas por colher de chá)

c:::J

(gramas por colher de chá)

Gordura saturada

@]

Óleo de açafrão

! 10,2

[3[1

Óleo de canola

1 8,2

Óleo de linho

1 2,5

2,2

1 2,7

8,9

02]

~ Óleo de girassol

c=gJ

Óleo de milho

p ,3

c=1!J 1:::=!.-:9- ]

Óleo de oliva

t 10,0

Óleo de gergelim

[ 5,4

'--

2,o 1 Óleo de soja

1 3,2

2,3 1 Óleo de amendoim

~.2

Gordura de sal mão

2,7]

3,2 1 Creme de queijo

Óleo de algodão

3,5J

I

I

1,3

J

8,0

"]

- .,

7,9

6,9

B

Q ,9 :

OL]]

12,4

1 1,o

3,8,1 Gordura de galinha

I

S.O I

15,8

6,4]

Banha (gordura de porco) Sebo de carne bovina

7,2]

Manteiga

1 3,3

a,IJ

Manteiga de cacau

1 4,5

Óleo de semente de palmeira Óleo de coco

IJL::::J

r::=J CJ

Gordura polii nsaturada (n-6)

@]]

c:::::J

Gordura poliínsat urada (n-3)

11;1J

""

I2 1 2,8

11

5,7

2,5 j 1,3f ,

U .4

11 III Gordura monoinsaturada

Figura 27.10 Composições de lipídeos comumente encontrados na dieta.

a. L egenda:

Ácido graxo saturado Ácido graxo monoínsaturado Ác ido graxo p oliinsaturado

Dieta típi ca do mediterrâneo Gordura = 38%

Car boidrato

~

I

L

Proteína

·@ .

Dieta típica do ocidente Gordura = 38%

Carb oidrato

Proteína

~

#* ·fj.

I

N'AI

Dieta do mediterrâneo. A dieta do mediterrâneo é um exemplo de uma dieta rica em ácidos graxas monoinsaturados (de óleo de oliva) e de ácidos graxas n-3 (de óleo de peixe e algumas nozes), mas pobre em gordura saturada. Por exemplo, a Figura 27.11 mostra a composição da dieta mediterrânea em com paração com a dieta "ocidental", similar à consumida nos Estados Unidos, e com uma dieta tipicamente pobre em gordu ra. A dieta mediterrânea contém alimentos frescos da estação, com abundância de plantas e pouca quantidade de carne vermelha, sendo o óleo de oliva a principal fonte de gordura. A dieta do mediterrâneo está associada com diminuição do colesterol total e do LDL - mas pouca mudança no HDL - quando comparada com uma dieta ocidental típica, rica em gordura saturada. Os triacilgliceróis plasmáticos não estão alterados.

Dieta c o m p ouc a gordura Gordura = 20% ~

-

Carboidrato

\."" :k~·~~ 65o/o

Figura 27.11 Composição da dieta típica do mediterrâneo, do ocidente e de dietas com pouca gordura.

Proteína 15o/o

3. Ácidos graxos pol iinsaturados. Os triacilgliceróis contendo principalmente ácidos graxas com mais de uma ligação dupla são referidos como gorduras poliinsaturadas. Os efeitos dos ácidos graxas poliinsaturados nas doenças cardiovasculares são influenciados pela localização da ligação dupla dentro da molécula. a.

Ácidos graxos n-6. São ácidos graxas poliinsaturados de cadeia longa, com a pri meira ligação dupla começando no carbono seis


361

Bioquímica Ilustrada

(contado a partir da metila na extremidade da molécula do ácido graxo, Figura 27 .12). (Nota: Esses áci dos graxas são também chamados ácidos graxas m-6 [Ômega-6].) O consumo de gorduras contendo ácidos graxas poliinsaturados n-6, principalmente ácido linoléico (1 8:22; t.9,12), obtidos de óleos vegetais, diminui o colesterol plasmático, quando substitui gordura saturada. As LDLs diminuem no plasma, mas as HDLs, que protegem contra doença coronariana do coração, também diminuem. Os benefícios poderosos da diminuição nas LDLs são somente parciais, por causa da diminuição nas HDLs. Nozes, abacate, azeitonas, soja e vários óleos, incluindo gergelim, algodão e milho, são fontes comuns desses ácidos graxos (veja a Figura 27.10). Ácido linoléico, juntamente com ácido linolênico (18:3, ê.9, 12,15, um ácido graxo n-3, veja a seguir), são ácidos graxas essenciais, necessários para a fluidez da estrutura das membranas e para a síntese de eicosanóides (veja a pág. 211 ). (Nota: A deficiência de ácidos graxas essenciais é caracterizada por dermatites, perda de cabelo e cicatrização deficiente.) Níveis limites mínimos de 5% de calorias são necessários para atingir a IA para o ácido linoléico. Um limite máximo é estabelecido para o ácido linolênico ao redor de 1O% do total de calorias, uma vez que a oxidação desses ácidos graxas poliinsaturados poderia levar a produtos deletérios. b.

Ácidos graxas n-3. São ácidos graxas poliinsaturados de cadeia longa, com a primeira ligação dupla no terceiro carbono (quando contado a partir da extremidade metila da molécula de ácido graxa, veja a Figura 27.12). Gorduras poliinsaturadas n-3 da dieta suprimem arritm ias cardíacas, reduzem triacilgliceróis séricos, diminuem a tendência à trombose e reduzem substancialmente o risco de mortalidade por doença cardiovascular, porém apresentam pouco efeito nos níveis de colesterol LDL e HDL. As gorduras

Óleos de sementes da dieta

Óleos de peixes da dieta

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Produzidos pelas plaquetas (Efeito: agregação)

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Leucotrienos

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Ácido eicosapentaenóico (EPA) (20:5, n-3) Produzidos pelas plaquetas (Efeito: fraca agregação)

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Leucotrienos

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Produzidos pelo epitélio (Efeito: forte inibição da agregação)

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Figura 27.12 Formas de prostaglandinas (PGs), tromboxanos (TXs) e leucotrienos sintetizados a partir de ácidos graxas poliinsaturados n-6 e n-3. (Note a posição das primeiras ligações duplas nos ácidos graxos poliinsaturados n-6 e n-3 [círcu los vermelhos].)


362

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

poliinsaturadas n-3 são encontradas em plantas (principalmente ácido a-linolênico - um acido graxa essencial) e em ó leos de peixe contendo ácido docosa-hexaenóico (DHA) e eicosapentaenóico (EPA). A variação aceitável para acido u.-linolênico é de 0 ,6 a 1 ,2% do total de calorias, embora dados que estão surgindo sugiram que níveis maiores podem dar proteção contra DCC. c.

Ligações insaturadas (configuração eis)

H Ligações insaturadas (configuração trans)

H

Ácido graxo eis

Ácido graxo trans

Figura 27.13 Estrutura de ácidos graxas eis e trans.

4.

Ácidos graxas trans. Ácidos graxas trans (Figura 27.13) são classificados quimicamente como ácidos graxas insaturados, mas no organismo se portam mais como ácidos graxas saturados, isto é, eles elevam a LDL sérica (mas não HDL) e aumentam o risco para DCC. Ácidos graxas trans não ocorrem naturalmente em plantas e ocorrem somente em pequenas quantidades em ani mais. Entretanto, ácidos graxas trans são formados durante a hidrogenação de óleos vegetais líqu idos, por exemplo, na manufatura da margarina.

5.

Colesterol da dieta. O coleste rol é encontrado somente em produtos animais. O efeito do colesterol da dieta no colesterol plasmático (Figura 27 .14) é menos importante do que a quantidade e os tipos de ácidos graxas consumidos.

6.

Esteróis das plantas. As margarinas dispon íveis no comercio que contenham esteróis hidrogenados de plantas e ésteres de esterol (predominantemente ésteres de sitostanol), quando usadas no lugar da margarina normal, podem reduzir as concentrações plasmáticas de colesterol LDL. O mecanismo pelo qual esses componentes diminuem as concentrações de colesterol LDL é pela inibição da absorção intestinal do colesterol da dieta e do colesterol secretado na bile.

"' O colesterol da d ieta tem pequena influênc ia no colesterol plasmático.

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Efeitos antitrombóticos dos ácidos graxas n-3. A diminuição observada na reatividade das plaquetas com o aumento do consumo dos ácidos graxas n-3 EPA e DHA resulta da inibição da conversão do ácido araquidônico para tromboxano A2 (TXA2 ) pelas plaquetas (veja a pág. 21 1 para uma discussão acerca da biossíntese de eicosanóides). Por outro lado, os ácidos graxas n-3 são convertidos em TXA3 , que é menos trombogênico do que TXA2 (veja a Figura 27.12). Assim, os produtos de óleos de peixe diminuem a agregação plaquetária e, portanto, são antitrombogênicos. Além disso, ácidos graxas n-3 diminuem arritmias e afetam uma variedade de funções de membrana. A gordura de peixe pode ser lembrada como SCASA: salmão, cavala, anchova, sardinha e arenque. (Nota: De uma forma geral, dietas ocidentais contêm um excesso de ácidos graxas n-6, que competem com a formação de eicosanóides derivados dos ácidos graxas n-3.)

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C . Outros fatores da dieta que afetam doenças cardíacas coronarianas 1.

Proteína de soja. O consumo de 25 a 50 g/dia de prote ína de soja leva a uma diminuição de aproximadamente 10% nos níveis de colesterol LDL em pacientes com colesterol plasmático elevado.

2.

Consumo de álcool. O consumo moderado de álcool (por exemplo, dois drinques por dia) diminui o risco de doença coronariana, existindo uma correlação positiva entre o consumo moderado de álcool e as concentrações plasmáticas de HDL. Entretanto, devido ao perigo potencial do abuso de álcool, profissionais da saúde são relutantes em recomendar aumento do consumo de álcool a seus pacientes. Vinho tinto pode fornecer benefícios cardioprotetores adicionais àqueles resultantes do

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Ingestão de colesterol (mg/dia)

Figura 27.14 Resposta das concentrações plasmáticas de LDL a um aumento na ingestão de colesterol na dieta.


363

Bioquímica Ilustrada

seu conteúdo de álcool. Por exemplo, o vinho tinto contém compostos fenólicos que inibem a oxidação de lipoproteínas (veja a pág. 233). (Nota: Esses antioxidantes também estão presentes em passas de uva e suco de uva.) 3.

Vitaminas 8 6 , 8 12 e folato. Um aumento plasmáti co nos n íveis de homocisteína está associado com um aumentei no risco card iovascular (veja a pág. 263). A homocisteína, que se pensa ser tóxica para o endotélio vascular, é convertida em aminoácidos não-tóxicos pela ação de enzimas que requerem vitami nas do complexo B - folato, B6 (piridoxina) e B 12 (cobalamina). A ingestão de alimentos ricos nessas vitaminas pode diminuir os níveis de homocisteína e, possivelmente, diminuir o risco de doença cardiovascu lar. Folato e B6 são encontrados em vegetais com folhas verdes, grãos integrais, algumas frutas e cereais fortificados. A B 12 provém de alimentos animais, por exemplo, carne, peixe e ovos.

CARBOIDRATOS DA DIETA

VI.

O principal papel dos carboidratos da dieta é fornecer energia. Embora a ingestão calórica nos Estados Unidos tenha mostrado um modesto aumento desde 1971 (Figura 27. 15), a incidência de obesidade aumentou dramaticamente (veja a Figura 26.2, pág. 347). Durante esse mesmo período, o consumo de carboidratos aumentou significativamente, levando alguns observadores pouco críticos a ligar obesidade com o consumo de carboidratos. Entretanto, a obesidade tem sido mais relacionada com um aumento de estilo de vida sedentário e a alimentos densos em calorias servidos em porções maiores. Carboidratos não são inerentemente engordantes. A. Classificação dos carboidratos Os carboidratos da dieta são classificados como monossacarídeos e dissacarídeos (açúcares simples), polissacarídeos (açúcares complexos) o u fibras.

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Monossacarídeos. Glicose e frutose são os principais monossacarídeos encontrados nos alimentos. A glicose é abundante em frutas, milho, xarope de milho e mel. Frutose livre é encontrada, junto com glicose livre e sacarose, em mel e frutas. Dissacarídeos . Os dissacarídeos mais abundantes são sacarose (glicose+frutose), lactose (glicose+galactose) e mal t ose (glicose+glicose). A saca rose é o açúcar com um e é abundante em melaços e xaropes. A lactose é o principal açúcar encontrado no leite. A maltose é um produto da digestão enzimática de polissacarídeos. Também é encontrada em quantidades significativas em cerveja e liquores de malte. O termo "açúcar" se refere a mossocarídeos e dissacarídeos. "Açúcar adicionado" se refere àqueles açúcares e xaropes adicionados a alimentos durante o processamento ou a preparação. Pol issacarídeos. Carboidratos complexos são polissacarídeos (mais freqüentemente, polímeros de glicose), os quais não apresentam sabor doce. Amido é um exemplo de um carboidrato complexo, que é encontrado abundantemente em plantas. Fontes com uns incluem trigo e outros grãos, batata, ervilha e feijão secos e vegetais. Fibras. Fibras da dieta são carboid ratos não-digeríveis e lignina (um políme ro complexo de subunidades de fenilpropanóide), presentes

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Figura 27.15 Consumo calórico total e distribuição de calorias entre os macronutrientes em adultos.


364

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

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Efeitos na saúde ... ' '"f""

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Figura 27.16 Ações das fibras dietéticas.

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B. Carboidratos da d ieta e glicose sangüínea Alguns alimentos que contêm carboid ratos produzem um aumento rápido, seguido por uma queda abrupta nos níveis sangüíneos de glicose, enquanto outros resultam em um aumento gradual, seguido por um declínio lento. O índice glicêmico foi proposto para quantificar essas diferenças no curso temporal das concentrações pós-prandiais de glicose (Figura 27.17). O índice glicêmico é definido como a área sob a curva da glicose, observada após a ingestão de uma refeição com alimentos ricos em carboidratos, comparado com a área sob a curva de glicose observada após uma refeição consistindo da mesma quantidade de carboidratos na forma de glicose ou pão branco. A importância clínica do índice glicêmico é controversa. Ali mento com um baixo índice glicêmico tende a criar uma sensação de saciedade por um período maior, e pode ser útil para a limitação do aparte caló rico. Entretanto, muitos especialistas acreditam que alimentos altamente nutritivos e ricos em fibras, como grãos integrais, frutas e vegetais, são um melhor guia para selecionar os carboidratos da dieta.

Alto índi ce glicêmico

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em plantas. Vários termos diferentes são usados para descrever esse grupo complexo de compostos. Por exemplo, fibra funcional é a fibra isolada, extraída ou sintética, que provou ter efeitos benéficos à saúde. Fibra total é o total de fibras da dieta mais fibras funcionais. Fibra solúvel se refere a fibras que formam um gel viscoso quando misturadas a um líquido. A fibra insolúvel passa através do trato digestivo praticamente intacta. As fibras da dieta fornecem pouca energia, mas têm muitos efeitos benéficos. Primeiro, adicionam volume à dieta (Figura 27.16). As fib ras podem absorver 10 a 15 vezes seu próprio peso em água, drenando fluidos para o lúmen do intestino e aumentando a motilidade intestinal. As fibras solúveis retardam o esvaziamento gástrico e podem levar a uma sensação de saciedade. Esse retardo no esvaziamento também resulta em uma redução nos picos de glicose no sangue após a alimentação. Segundo, o consumo de fibra solúvel tem mostrado diminuir os níveis de colesterol LDL, aumentando a excreção de bile fecal e interferindo na reabsorção de ácidos biliares. Por exemplo, dietas ricas em fibra solúvel como farelo de aveia (25 a 50 g/dia) estão associadas com uma modesta, mas significativa, redução no risco de doença cardiovascular, por causa da diminuição nos níveis de colesterol total e LDL. Da mesma forma, dietas ricas em fibras diminuem o risco de constipação, hemorróidas, diverticulose e câncer de colo. A ingestão diária recomendada (IA) de fibras é 25 g/dia para mulheres e 38 g/dia para homens. Entretanto, a maioria das dietas norte-americanas está muito abaixo disso - aproximadamente 11 g/dia.

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C. Necessidades de carboidratos

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Baixo índice glicêmico

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Minutos após ingestão de alimento

Figura 27.17 Concentrações de glicose sangüínea após a ingestão de alimento com baixo e alto índice glicêmico.

Os carboidratos não são nutrientes essenciais, porque o esqueleto de carbono dos aminoácidos pode ser convertido em glicose (veja a pág. 259) . Entretanto, a ausência de carboidratos na dieta leva à produção de corpos cetônicos (veja a pág. 260) e à degradação de proteínas teciduais, cujos aminoácidos constituintes fornecem os esqueletos carbonados para a gliconeogênese (veja a pág. 116). A QDR para carboidratos é cerca de 130 g/dia para adultos e crianças, com base na quantidade de glicose usada por tecidos dependentes de carboidratos, como o encéfalo e os eritrócitos. Entretanto, esse nível de ingestão geralmente é ultrapassado, para satisfazer as necessidades de energia. Ad ultos devem consumir 45 a 65% do total de suas calorias em carboidratos. É recomendável que o açúcar adicionado represente não mais do que 25% do total de energia, por causa da preocupação de que


B ioquím ica Ilustrada

365

o açúcar substitua alimentos ricos em nutrientes da dieta, potencialmente levando a deficiências de certos micronutrientes.

D. Açúcares simples e doen ça s Não existe evidência direta de que o consumo de açúcares simples seja danoso. Contrariamente ao folclore, dietas com altos níveis de sacarose não levam a diabetes ou hipoglicem ia. Também ao contrário do credo popular, carboidratos não são inerentemente engordantes. Eles produzem 4 kcal/g (o mesmo que proteínas e menos da metade daquilo produzido pela gordura, veja a Figura 27.5) e resultam em síntese de gordura somente quando consumidos em excesso, além das necessidades de energia do organismo. Entretanto, existe uma associação entre o consumo de sacarose e cáries dentárias, especialmente na ausência de tratamento com flúor.

VIl. PROTEÍNAS DA DIETA Os humanos não têm uma necessidade dietética para proteínas per se, mas a proteína dos alimentos fornece aminoácidos essenCiais (veja a Figura 20.2, pág. 260). Dez dos vinte aminoácidos necessários para a síntese das proteínas teciduais são essenciais - isto é, eles não podem ser sintetizados em humanos em uma taxa adequada. Desses 1O, oito são essenciais todo o tempo, enquanto dois (arginina e histidina) são necessários somente durante o período de crescimento rápido característico da infância ou da convalescença. A. Qual idade das prot eínas A qualidade das proteínas da dieta é uma medida da sua capacidade de fornecer os aminoácidos essenciais necessários para a manutenção dos tecidos. A maioria das agências governamentais (nos Estados Unidos) adotou o Escore de Aminoácidos Corrigido para Digestibilidade da Proteína (EACDP) como um padrão para avaliar a qualidade das proteínas. O EACDP é fundamentado no perfil dos aminoácidos essenciais e na digestibilidade da proteína. O escore mais alto sob estas normas é 1 ,00. Esse escore de aminoácidos fornece um método para tornar mais balanceada a ingestão de proteínas de baixa qualidade por vegeta rianos e outros, que consomem quantidades limitadas de proteínas de alta qualidade em suas dietas.

1.

2.

Proteínas d e fontes animais. Proteínas de fontes animais (carne, leite, peixe) têm uma alta qualidade, pois contêm todos os aminoácidos essenciais em proporções similares àquelas necessárias para a síntese de proteínas dos tecidos humanos (Figura 27. 18) . (Nota: A gelatina preparada de colágeno animal é uma exceção; ela tem baixo valor biológico, pois é deficiente em vários aminoácidos essenciais.) Proteínas de p lantas. Proteínas obtidas a partir de trigo, milho, arroz e feijão apresentam menor qualidade, comparadas com as proteínas animais. Entretanto, proteínas de diferentes plantas podem ser combinadas de tal forma, que o resultado é equivalente, em valo res nutricionais, à proteína animal. Por exemplo, o trigo (deficiente em lisina , mas rico em metionina) pode ser combinado com o feijão (pobre em metionina, mas rico em lisina) para produzir uma proteína completa de melhor valor biológico. Assim, a ingestão de alimentos com diferentes aminoácidos limitantes na mesma refeição (ou, pelo menos, no mesmo dia) pode resultar em uma combinação dietética com um valor biológico maior do que qualquer das proteínas componentes (Figu ra 27.19).

Fonte

Valores EACDP

Proteínas animais Ovo 1,00 Proteína do leite 1,00 Carne de gado/frango/peixe 0 ,82- 0,92 Gelatina 0,08

Proteínas vegetais Proteína de soja Feijão Pão de trigo integ ral

Figura 27.18 Qualidade relativa de algumas proteínas dietéticas comuns.

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Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

(Nota: Proteínas animais também podem complementar os valores biológicos de proteínas de plantas.)

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B. Balanço nitrogenado 100

O balanço nitrogenado ocorre quando a quantidade de nitrogênio consumido é equivalente ao nitrogênio excretado na urina, no suor e nas fezes. A maioria dos adultos sadios está normalmente em balanço nitrogenado.

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1.

Balanço nitrogenado positivo. Ocorre quando a ingestão de nitrogênio excede a excreção de nitrogênio. É observado em situações nas quais ocorre crescimento tecidual, por exemplo, na infância, na gestação ou durante a convalescença de uma doença debilitante.

2.

Balanço nitrogenado negativo. Ocorre quando a perda de nitrogênio é maior do que a ingestão. Está associado com dieta protéica inadequada, falta de aminoácidos essenciais ou durante estresse fisiológico como trauma, queimaduras, doença ou cirurgia.

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Figura 27.19 A combinação de duas proteínas incompletas, que possuem deficiências de aminoácidos complementares uma à outra, resulta em uma mistura com alto valor biológico (AVB).

C. Necessidades de proteínas em humanos A quantidade de proteínas necessária à dieta varia com seu valor biológico. Quanto maior a quantidade de proteína animal incluída na dieta, menos proteína é necessária. A quantidade diária recomendada (QDR) para proteínas é calculada util izando-se proteínas de valores biológicos mistos, sendo de 0,8 glkg de peso corporal para adultos, ou cerca de 56 g de proteína para um indivíduo de 70 kg. Pessoas que se exercitam intensa e regularmente podem necessitar de proteína extra para manter a massa muscular; uma ingestão diária de cerca de 1 g/kg tem sido recomendada para atletas. Mulheres grávidas ou amamentando necessitam de até 30 g/dia além de suas necessidades básicas. Para mante r o crescimento, as crianças devem consumir 2 g/kg/dia. 1.

Consumo de excesso de proteínas. Não existe vantagem fisiológica em consumir mais proteína do que a QDR. A proteína consum ida em excesso ao que o corpo necessita é desaminada, e os esqueletos carbonados resultantes são metabolizados, fo rnecendo energia ou acetii-CoA para a síntese de ácidos graxos. Quando o nitrogênio desse excesso de proteínas é eliminado do corpo, como nitrogênio urinário, geralmente é acompanhado por um aumento de cálcio urinário, aumentando o risco de nefrolitíase e osteoporose.

2.

Efeito dos carboidratos poupadores de proteínas. A necessidade dietética de proteínas é influenciada pelo conteúdo de carboidratos na dieta. Quando a ingestão de carboidratos for baixa, os aminoácidos são desaminados para fornecer esqueletos carbonados para a síntese de glicose, que é necessária como fonte de energia para o sistema nervoso central. Se a ingestão de carboidratos é menor que 130 g/dia, quantidades substanciais de proteínas são metabolizadas para fornecer precursores para a gliconeogênese. Dessa forma, os carboidratos são considerados como "poupadores de proteína", porque permitem que os aminoácidos sejam usados para reparação e manutenção dos tecidos, em vez de irem para a gliconeogênese.

O. Desnutrição calórico-protéica Em países desenvolvidos, a desnutrição calórico-protéica é observada mais freqüentemente em pacientes hospitalizados com doenças crôn icas,


Bioquímica Ilustrada

367

ou em indivíduos que sofrem um grande trauma, uma infecção grave, ou grandes cirurgias. Tais pacientes altamente catabólicos f reqüentem ente necessitam da administração intravenosa de nutrientes (veja a pág. 308 para mudanças metabólicas devidas ao trauma). Em países em desenvolvimento, podemos observar casos em que ocorre uma ingestão inadequada de proteínas e/ou de energia. Indivíduos afetados mostram uma variedade de sintomas, incluindo um sistema imunológico deprimido, com redução na capacidade de resistir a infecções. Morte por infecções secundárias é comum. Duas formas extremas de desnutrição são kwashiorkor e marasmo. 1.

Kwashio rkor. O kwashiorkor ocorre quando a privação de proteína é relativamente maior do que a redução em calorias totais. Diferente do marasmo, a significativa privação de proteínas está associada com grave perda de proteína visceral. O kwashiorkor é freqüente mente visto em crianças após o desmame, ao redor do primeiro ano de vida, quando a dieta consiste predominantemente em carboidratos. Os sintomas típicos incluem retardo no crescimento, edema, lesões de pele, despigmentação do cabelo, anorexia, fígado gorduroso e diminuição da concentração plasmática de albumina. O edema resulta da falta de proteína plasmática adequada para manter a distribuição de água entre o sangue e os tecidos. Uma criança com kwashiorkor freqüentemente apresenta uma barriga protrusa como resultado do edema.

2.

Ma rasmo. O marasmo ocorre quando a privação de calorias é relativamente maior do que a redução em proteínas. O marasmo geralmente ocorre em crianças com menos de um ano de idade, quando o leite materno é suplementado com mamadeiras de cereais e água, que em geral são deficientes em p rote ína e calorias. Os sintomas típicos incluem parada do crescimento, perda muscu lar extrema (emagrecimento) , fraqueza e anemia. Vítimas de marasmo não apresentam o edema ou as mudanças nas proteínas plasmáticas observadas no kwashiorkor.

VIII. DIETA E CÂNCER

Figura 27.20 Criança com kwashiorkor.

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A dieta influencia o risco de certas formas de câncer, especialmente câncer de esôfago, estômago, intestino grosso, mama, pulmão e próstata. Como a maioria das doenças crônicas que são influenciadas por fatores nutricionais, a incidência de câncer também é influenciada por fatores genéticos e ambientais. Alta ingestão de gordura saturada está associada com risco aumentado de certos tipos de câncer, especialmente câncer de colo, próstata e mama. Por exemplo, a Figura 27 .21 mostra a correlação entre o risco relativo de câncer de colo e o consumo de gordura animal, em mulheres. Os dados mostram que aquelas mulheres cujas dietas eram ricas em gordura animal apresentam um risco sign ificativamente aumentado de câncer de colo. Entretanto, enquanto esses estudos mostram associação entre gordura e câncer, e les não estabelecem a gordura como uma causa de câncer. Em geral, pop ulações que consomem dietas ricas em frutas e vegetais apresentam menor incidência de muitos tipos de câncer. No entanto, estudos investigando os efeitos profiláticos de componentes isolados de frutas e verduras, como vitaminas C, E ou p-caroteno, têm mostrado resultados desapontadores. Dietas ricas em fibras estão associadas com baixo risco de câncer de colo e de diverticulose.

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Ingestão de gordura animal (quintil) Aumento do consumo de gordura

Figura 27.21 Risco relativo de câncer de colo de acordo com a ingestão de gordura animal. O primeiro quintil (1 no gráfico) indica o risco relativo de 20% da população (88.751 mulheres), que consumiu a menor quantidade de gordura animal. Indivíduos no quinto quintil (5 no gráfico) consumiram a maior quantidade de gordura animal.


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IX.

RESUMO DO CAPÍTULO

Necessidade média estimada (NME) é a média diária de ingestão de nutrientes para satisfazer as necessidades de metade dos indivíduos sadios de um mesmo sexo, em um dado estágio da vida. A quantidade diária recomendada (QDR) é a média diária de ingestão suficiente para satisfazer as necessidades de nutrientes da quase totalidade (97 a 98%) dos indivíduos. A ingestão adequada (IA) é utilizada no lugar da QDR se evidências científicas suficientes não estão dispon íveis pa ra calcular a QDR. O nível de ingestão máxima tolerável de nutrientes selecionados (IM) é a média máxima de ingestão diária de nutrientes que provavelmente não coloca em risco de efeitos adversos a saúde de quase todos os indivíduos na população em geral. A energia gerada pelo metabolismo dos macronutrientes é usada para três processos que necessitam de energia, que ocorrem no organismo: taxa metabólica de repouso, efeito térmico do alimento e atividade física. Variações aceitáveis na distribuição dos macronutrientes são de-tinidas como a variação de ingestão de um macronutrie nte em particula r que está associada com risco reduzido de doença crônica, enquanto fornece quantidades adequadas de nutrientes essenci ais. Adultos devem consumir 45 a 65% de suas calorias totais em carboid ratos, 20 a 35% em gorduras e 10 a 35% em proteínas. Níveis elevados de co lesterol total ou colesterol LDL resultam em um risco aumentado para doenças cardiovasculares. Em contraste, altos níve is de colesterol HDL têm sido associados com uma diminuição do risco de doenças ca rdíacas. Tratamento dietético ou com drogas para a hipercolesterolemia são efetivos em diminuir as LDLs, aumentar as HDLs e reduzir o risco de eventos cardiovascu lares. O consumo de gorduras saturadas está fortemente associado com altos níveis de colesterol total plasmático e colesterol LDL. Gorduras monoinsaturadas, quando ingeridas em lugar dos ácidos graxos saturados na dieta, d iminuem tanto o colesterol plasmático total quanto o colesterol LDL, mas aumentam as HDLs. O consumo de gorduras contendo ácidos graxos poliinsaturados n-6 diminui as LDLs plasmáticas, mas as HDLs, que protegem contra doença cardíaca co ronariana, ainda se mantêm baixas. Gorduras poliinsaturadas n-3 suprimem arritmias cardíacas e reduzem os tracilgliceróis séricos, diminuindo a tendência à trombose e substancialmente reduzindo o risco de mortalidade cardiovascular. Carboidratos fornecem energia e fibras para a dieta. Quando são consumidos como parte de uma dieta na qual a ingestão de calorias é igual à energia gasta, eles não levam à obesidade. As proteínas da dieta fornecem aminoácidos essenciais. A qual idade da proteína é medida por sua capacidade de fornece r aminoácidos essenciais, necessários para a manutenção tecidual. Proteínas de fontes animais, em geral, apresentam maior qualidade protéica do que aquelas derivadas de plantas. Entretanto, proteínas de diferentes plantas podem ser comb inadas de tal forma que o resultado seja equivalente, em val or nutricional , ao da proteína animal. Balanço nitrogenado positivo ocorre quando a ingestão de nitrogênio excede a excreção. É observado em situações nas quais ocorre crescimento tecidual, por exemplo, durante a infância, a gestação, ou períodos de convalescença de uma doença debilitante. Balanço nitrogenado negativo ocorre quando a perda de nitrogênio é maior que a ingestão. Está associado com ingestão inadequada de proteínas, falta de aminoácidos essenciais, ou durante estresse fisiológico, como em trauma, queimaduras, doenças ou cirurgias. O kwashiorkor é causado por ingestão inadequada de proteína. O marasmo resu lta da deficiência crônica de calorias. Populações que consomem d ietas ricas e m frutas e vegetais apresentam menor incid ência de muitos tipos de câncer.


369

Bioquímica Ilustrada

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• • • •

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t

~

Am inoácidos

se deficiente, podem levar ao

I

Monossacarideos

formulldo como

Dissacarídeos Polissacarídeos

~ Índice glicêmico

Fibras

[

I

Kwashiorkor

notável pois

t levam a

levam a

levam a

I

[ A limentos ricos em fibras I também afresentam

levam a

[

Baixo índice glicêmico I

I

também tpresenta

• • •

• •

Retardo no esvaziamento gástrico Aumento na saciedade Diminuição na absorção da gordura e do colesterol da dieta Aumento da per da fecal de colesterol Diminuição da concentração de glicose sangüínea pós-prandial levam a

Aumento nas LDLs

Jl

Diminuição nas LDLs

+

J Jl

Diminuição de arritmias

Jl

I

I

Efeito sobre a concentração sangüínea de glicose pós-prandial

I

l

Proteínas

podem ser classificados de acordo com

compostas de

r

Marasmo

I

Carboid ratos

t

Gorduras 11 monoinsaturadas

[

se deficiente, leva ao

I

Energia

(

t

Go rduras saturadas

.

t

t

Diminuição da agregação plaquetária

t

Efeitos na função da membrana

I

Fig ura 27.22 Mapa de conceitos-chave para macronutrientes. *Nota: Ácidos graxos trans são quimicamente classificados como monoinsaturados.

I


370

Pamela C. Champe, Richard A. H arvey, D enise R. Ferrier

Questões para Estudo Escolha a ÚNICA resposta correta. 27. 1 Qual das afirmações abaixo sobre os lipídeos da dieta é correta? A. Ó leo de milho e óleo de soja são exemplos de gorduras ricas em ácidos graxas saturados. 8. Triacilgliceróis obtidos de plantas geralmente contêm menos ácidos graxos insaturados do que aqueles dos an imais. C. Óleo de oliva é rico em gordura saturada. O. Ácidos graxas contendo ligações duplas na configuração trans, ao contrário dos isômeros eis que ocorrem naturalmente, aumentam os níveis de colesterol. E. Óleo de coco e de palmeira são ricos em gorduras poli insaturadas. 27.2 Com a informação de que um homem de 70 kg está consumindo diariamente uma média de 275 g de carboi dratos, 75 g de proteínas e 65 g de lipídeos, a qual das conclusões abaixo você pode chegar?

A. A ingestão total de energia por dia é aproximadamente 3.000 kcal. 8 . Cerca d e 20% das calorias são obtidas dos lipídeos. C. A d ieta não contém quantidade sufic iente de fibras. o. As proporções de carboidratos, proteínas e lipídeos da dieta estão de acordo com as recomendações dos grupos acadêmicos e das agências governamentais. E. O indiv íduo está em balanço nitrogenado. 27.3 Um h omem de 50 anos, sedentário, pesando 80 kg, solicita um exame físico. Ele nega: qualquer problema de saúde. A análise sangüínea de rotina é normal, exceto pelo colesterol p lasmático de 280 mgldl. O homem recusa o uso d e drogas para a hipercolesterolemia. A análise da dieta de um dia mostra o seguinte: quilocalorias

3.475 kcal

colesterol

822 mg

proteínas

102 g

gorduras saturadas

69 g

carbo idratos

383 g

gordura total

165 g

libras cruas

6g

M udanças em quais dos componentes da dieta terão o maior efeito em baixar o colesterol p lasmático? A. B. C. O. E.

Colesterol Gordura saturada Gordura poliinsaturada Gordura monoinsaturada Carboidrato

Resposta correta = D. Ácidos graxas trans aumentam os níveis de colesterol plasmático. Óleo de milho e óleo de soja são exemplos de gorduras ricas em ácidos graxas poliinsaturados. Triacilgliceróis obtidos de plantas geralmente contêm mais ácidos graxas insaturados do que aqueles de animais. Óleo de oliva, a base da dieta mediterrânea, é rico em gorduras monoinsaturadas. Ácidos graxas trans aumentam os níveis de colesterol plasmático. Óleos de coco e de palmeira são óleos incomuns de plantas, pois são ricos em gorduras saturadas.

Resposta correta = D. A ingestão total de energia é (275 g de carboidrato x 4 kcal/g) + (75 g proteína x 4 kcaVg) + (65 g lipídeo x 9 kcal/g) = 1.100 + 300 + 585 = 1.985 kcal totais/dia. A porcentagem de calorias de carboidr~tos é 1.100/1.985 55; a porcentagem de calorias de proteínas é 300/1 .985 = 15; e a porcentagem de calorias derivadas dos lipídeos é 585/1.985 30. Esses são valores muito próximos aos recomendados. A quantidade de fibra ou o balanço nitrogenado não pode ser deduzido a partir dos dados apresentados. Se a proteína for de valor biológico baixo, um balanço nitrogenado negativo é possfvel.

=

=

Resposta correta = B. A ingestão de gordura saturada influencia fortemente o colesterol plasmático nesta dieta. O paciente está consumindo uma dieta de alto conteúdo calórico, com altas taxas de gordura, sendo 40% de gordura saturada. As recomendações dietéticas mais importantes são: diminuir a ingestão calórica total, substituir gordura saturada por gordura monoinsaturada e poliinsaturada, e aumentar as fibras da dieta. Uma diminuição do colesterol será útil, mas não é o principal objetivo.


Vitaminas

I. VISÃO GERAL Vitaminas são compostos orgânicos não-relacionados quimicamente, que não podem ser sintetizados por humanos e, portanto, devem ser supridos pela dieta. Nove vitaminas (ácido fól ico, cobalamina, ácido ascórbico, piridoxina, tiamina, niacina, riboflavina, biotina e ácido pantotênico) são classificadas como hidrossolúveis, enquanto quatro vitaminas (vitaminas A, D, K e E) são ditas lipossolúveis (Figura 28.1 ). As vitaminas são requeridas para a execução de funções celulares específicas. Por exemplo, muitas das vitaminas hidrossolúveis são precu rsores de coenzimas para as enzimas do metabolismo intermediário. Em contraste com as vitaminas hidrossolúveis, somente uma vitamina lipossolúvel (vitamina K) tem função de coenzima. Essas vitaminas são liberadas, absorvidas

[

r

I Hidrossolúveis

!

;.•,;;.

I

.. cc·;;.·

I

~

Lipossol úveis '-;~ ·

''·"'

I

Não do complexo B

\~

Vitaminas

~

I

t I

Complexo B

I

'- Ácido ascórbico (vitamina C}

Vitamina A (retinol, 13-carotenos}

1- Vitamina O {colecalciferol} 1- Vitamina K (filoquinonas, menaquinonas

l

L-

Metabolismo energético]"

Vitamina E (tocoferóis}

Hematopoiéticas

l

Outras

)

'C;·'

1-

Tiamina (vitamina B 1}

1- Ribofl avina (vitamina 8 2} 1- Niacina (vitamina 8 3} 1- 8iotina L-

Figura 28.1 Classificação das vitaminas.

Ácido p antotênico

1- Ácidofóllco L-

Vitami~ a

8 12

1- Piridox ina (vitamina 8 6 } 1-

Piridoxal

'-

Piridoxamina


372

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

e transportadas com a gordura da dieta. Elas não são facilmente excretadas na urina e quantidades significantes são armazenadas no fígado e no tecido adiposo. De fato, o consumo de vitamina A e D em excesso, além do recomendado na dieta, pode levar ao acúmulo de quantidades tóxicas desses compostos.

ANEMIAS NUTRICIONAIS

-

MICROCÍTICAS (VCM < 80) m

J

Deficiência em ferro

ÁCIDO FÓLICO

O ácido fólico (ou folato), o qual desempenha um papel-chave no metabol ismo dos grupos de um carbono, é essencial para a biossíntese de vários compostos. A deficiência de ácido fólico é provavelmente a deficiência vitamínica mais comum nos Estados Unicos, principalmente entre mulheres grávidas e alcoolistas.

Deficiência em cobre Deficiência em piridoxina

1-- NORMOCÍTICAS (VCM 80-100)

A. Função do ácido fólico

Desnutrição calórico-protéica

'--

11.

'"'

O tetraidrofolato recebe um fragmento de um carbono de doadores, como a serina, a glicina e a histidina, e os transfere para intermediários na síntese de aminoácidos, purinas e timina - uma pirimidina encontrada no DNA.

MACROCÍTICAS (VCM > 100)

Deficiência em vitamina B 12

8 . Anemias nutricionais

Deficiência em folato

Figura 28.2 Classificação das anemias nutricionais de acordo com o volume celular. VCM = Volume corpuscular médio. O VCM normal para pessoas acima de 18 anos é de 80 a 100 J.!ma

A anemia é uma condição na qual o sangue apresenta uma concentração de hemoglobina abaixo do normal, o que resulta na redução da sua capacidade de transportar oxigênio. As anemias nutricionais - causadas pela ingestão inad equada de um ou mais nutrientes essenciais - podem ser classificadas de acordo com o tamanho dos eritrócitos ou com o volume co rpuscular médio observado (Figura 28.2). A a nemia microcítica , ca usada pela falta de ferro, é a forma mais comum de anemia nutricional. A segunda principal categoria de anemia nutricional resulta de uma deficiência em ácido fólico ou em vitamina 8 12 • (Nota: Essas anemias macrocíticas são comumente chamadas de megaloblásticas , porque uma deficiência de ácido fólico ou vitamina 8 12 causa o acúmulo, na medula óssea, de um precursor grande e imaturo do eritrócito, conhecido como megaloblasto.)

Humanos e m icrorganism os

Microrganismos

Glutamato

H2N O Precursor pteridina

+

COOH

Ácido p-aminobenzóico {PABA)

2 NADPH + 2 H+

2 NADP+

Síntese de aminoácidos

Oiidropteroi o- t sintetase

__.... ......

o t

Ácido tetraidrofólico

Sulfaniiamida (e outras s ulfonamidas)

Sul fanilamida e seus derivados inibem competitivamente a síntese de ácido fólico em microrganismos e, desse modo, diminuem a s íntese de nucl eotídeos necessários para a replicação.

Figura 28.3 Inibição da síntese de tetraidrofolato por sulfonamidas e trimetoprima.

Síntese de purinas

Síntese de timidina A diidrofoiato-redutase é inibida competi ti vamente pelo metotrexato, um análogo do ácido fólico utilizado na remissão da leucemia aguda em crianças.


Bioquímica Ilustrada

1.

Folato e anemia. Níve is sorológicos inadequados de ácido fólico podem ser causados por aumento na demanda (por exemplo, durante a gestação e a lactação), absorção deficiente (causada por patologia do intestino delgado), alcoolismo ou tratamento com drogas que são inibidoras da diidrofolato-redutase, como por exemplo o metotrexato (Figura 28.3). Uma dieta sem folato pode causar uma deficiência em poucas semanas. O principal resultado da deficiência de ácido fólico é a anemia megaloblástica (Figura 28.4), causada pela diminuição na síntese de purinas e timidina, o que leva a uma incapacidade da célula em produzir DNA e, assim sendo, essas células não podem se dividir. (Nota: É importante avaliar a causa da anemia megaloblástica antes de instituir a terapia, porque a deficiência de vitamina 8 12 causa indiretamente sintomas dessa doença [veja a pág. 374).)

2.

Folato e defeitos do tubo neural em fetos. A espinha bífida e a anencefalia, os mais comuns defeitos do tubo neural, afetam anualmente cerca de 4.000 gestações nos Estados Unidos. Tem sido relatado que a suplementação de ácido fólico antes da concepção e durante o primeiro trimestre de gestação praticamente el imina os defeitos. Assim sendo, todas a mulheres em idade fértil deveriam consumir 0,4 mg/dia de ácido fólico para reduzir o risco de terem uma gestação afetada por defeitos do tubo neural. Uma nutrição adequada de folato deve ocorrer no momento da concepção, porque o desenvolvimento crítico dependente de folato ocorre nas primeiras semanas do desenvolvimento fetal - um período quando muitas mulheres ainda não têm consciência da sua gravidez. A FDA (Food and Drud Administration) norte-americana tem autorizado a adição de ácido fólico em produtos de grãos enriquecidos, resultando em uma suplementação na dieta de aproximadamente O, 1 mg/dia. Estima-se que essa suplementação irá permitir que cerca de 50% de todas as mulheres em idade reprodutiva recebam 0 ,4 mg de folato de todas as fontes. Entretanto, a ingestão de ácido fólico não deve exceder um valor de aproximadamente 1 mg/dia, para evitar complicações no d iagnóstico da deficiência de vitamina 8 12 •

.I,.

m

Medula normal

Figura 28.4 Histologia da medula óssea em indivíduos normais e com deficiência de folato.

m

N5-Metiltetraidrofolato

Homocisteína

Vitamin~

8 12 (Metll· c o bala mina)

Homocistefna·l metiltransferase

Tetraidrofolato

Metionina

III.

COBALAMINA (VITAMINA 8 12 )

A vitamina 8 12 é necessária em humanos pa ra duas reações enzimáticas essenciais: a síntese de metionina e a isomerização da metilmalonii-CoA, que é produzida durante a degradação de alguns aminoácidos e de ácidos graxas com número ímpar de átomos de carbonos (Figura 28.5) . Quando a vitamina é deficiente, ácidos graxas anormais acumulam-se e são incorporados nas membranas celulares, incluindo as do sistema nervoso. Isso pode contribuir para algumas das manifestações neurológicas da deficiência da vitamina 8 12 •

373

Ác idos graxos (número ímpar de carbonos)

~ ~

coo-

' H C - C-H

3t.

I

C-CoA

o" Metilm alonii-CoA

A. Estrutura da cobalamina e sua forma de coenzima A cobalamina contém um sistema de anéis corrina, que difere das porfirinas, pois dois de seus anéis pirrol estão ligados diretamente, em vez de o serem por meio de uma ponte meteno. O cobalto é mantido no centro do anel corrina por quatro ligações coordenadas com os nitrogênios dos grupos pirrol. As demais ligações coordenadas do cobalto são com o nitrogênio do 5 ,6-dimetilbenzimidazol e com o cianeto, em preparações comerciais da vitamina, na forma de cianocobalamina (Figura 28.6). As formas de coenzima da cobalamina são 5'-desoxiadenosilcobalamina, na qual o cianeto é substituído pela 5'-desoxiadenosina (formando uma ligação carbonocobalto não-usual), e a metilcobalamina, na qual o cianeto é substituído por um grupo metila (veja a Figura 28.6).

Metilmalonii-CoA·l mutase

Vitam in a B 12 (Desoxiad enosil· cob alamina )

coo-

' H2<(-CH2 C-CoA

o" Succinii·CoA

Figura 28.5 Reações que necessitam de fo rmas de co-fator da vitamina 8 12 •


374

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Metilcobalamina

Cianocobalamina

5'-Desoxiadenosilcobalamina

-;:::;:-==--

---,,.:CH3 CH3

<NX)cH I

CH3 NH

OH

N

~o-~-o >-/ 6- Yó

r-NH 2

o

I

~

d

3

CH3

Dimetilbenzimidazo l

CH3

OH

Figura 28.6 Estrutu ra da vitamina 8 12 (cianocobalamina) e suas formas de coenzi ma (metilcoba lamina e 5'-desoxiadenosilcobalamina).

B. Distribuição da cobalamina A vitamina 8 , 2 é sintetizada somente por microrganismos; não está presente nos vegetais. Os animais obtêm a vitamina pré-formada, a partir de sua flora bacteriana natural ou pela ingestão de alimentos derivados de outros animais. A cobalamina está presente em quantidades apreciáveis no fígado, no leite integral, em ovos, ostras, camarões frescos, carne de porco e de galin ha.

C. Hipótese da captura do folato

~

(;] Proteínas ligaderas de B12

~

SANGUE

CÉLULA MUCOSA NO ÍLEO

(im

JJ

IJ

<;::=:== (IIT(im

LÚMEN DO ....__ _ _ _.../ INTESTINO

Figura 28.7 Absorção da vitamina 8 12 .

Os efeitos da deficiência de cobalamina são mais pronunciados em cél ulas que se dividem rapidamente, tais como o tecido eritropoiético da medula óssea e as células da mucosa intestinal. Esses tecidos necessitam das formas N 5-N 10-metileno e N 10-formil do tetraidrofolato para a síntese de nucleotídeos, necessários para a replicação do DNA (veja as págs. 291, 301 ). 5 Entretanto, na deficiência da vitamina 8, 2 , a forma N -metiltetraidrofolato não é usada eficientemente. Uma vez que a forma metilada não pode ser 5 convertida diretamente em outras form as de tetra idrofolato, a forma N -metil acumula, enquanto os níveis das demais formas diminuem. Assim sendo, a deficiência de cobalamina leva hipoteticamente a uma deficiência de formas de tetraidrofolato necessárias para a síntese de purinas e de timina, resultando nos sintomas de anemia megaloblástica.

D. Indicações clínicas de vitamina 8 12 Ao contrário de outras vita minas hidrossolúveis, quantidad es significativas (4 a 5 mg) de vitamina 8 12 são armazenadas no organismo. Como resultado, podem ser necessários vários anos para que se desenvolvam sintomas clínicos de deficiência de 8 , 2 nos indivíduos que tenham sofrido gastrectomia total ou parcial (os quais, portanto, tornam-se deficientes no fator intrínseco) e não possam mais absorver a vitamina.


Bioquímica Ilustrada

1.

IV.

Anemia perniciosa. A deficiência de vitamina 8 12 raramente resulta da ausência de vitamina na dieta. É muito mais comum encontrar deficiência em pacientes com falhas na absorção da vitamina no intestino, resultando na anemia perniciosa. Essa doença é mais comumente resultado de uma destruição auto-imune das células gástricas parietais, que são responsáveis pela síntese de uma glicoproteína chamada fator intrínseco. Normalmente, a vitamina 8 12 obtida da dieta liga-se ao fator intrínseco no intestino (Figura 28. 7). O complexo fator intrínseco-cobalamina viaja pelo intestino e eventualmente liga-se a receptores específicos na superfície das células mucosas do íleo. A cobalamina ligada é transportada para dentro das células mucosas e, subseqüentemente, chega à circulação geral, onde é transportada por proteínas de ligação de 8 12 . A falta do fator intrínseco impede a absorção da vitamina 8 12 , resu ltando na anemia perniciosa. Pacientes com deficiência de cobalamina freqüentemente são anêmicos, porém, com o desenvolvimento da doença, apresentam sintomas neuropsiquiátricos. Entretanto, sintomas do sistema nervoso central (SNC) podem ocorrer na ausência da anemia. Os efeitos no SNC são irreversíveis e ocorrem por mecanismos que parecem ser diferentes daqueles descritos para a anemia megaloblástica. Essa doença é tratada pela administração oral de altas doses de 8 12 ou injeção intramuscular de cianocobalamina. A terapia deve continuar por toda a vida em pacientes com anemia perniciosa. (Nota: A administração de ácido fólico sozinho reverte as anormalidades hematológicas e, assim, mascara a deficiência de 8 12, a qual pode prosseguir para uma grave patologia e disfunção neurológica; dessa forma, a anemia megaloblástica não deve ser tratada somente com ácido fólico, mas com uma combinação de folato e vitamina 8 12 .)

375

r--O~ f;l c-c=ccI -c-cH oH 11 I I I 2 O OH OH H OH

Figura 28.8 Estrutura do ácido ascórbico.

Figura 28.9 Hemorragia e gengivas inflamadas em um paciente com escorbuto.

ÁCIDO ASCÓRBICO (VITAMINA C)

A forma ativa da vitamina C é o ácido ascórbico (Figura 28.8). A principal função do ascorbato é como agente redutor em diversas reações diferentes. A vitamina C tem um papel muito bem-documentado como coenz ima nas reações de hidroxilação, como por exemplo na hidroxilação dos resíduos prolil- e lisil- do colágeno (veja a pág. 47). A vitamina C é, dessa forma, necessária para a manutenção normal do tecido conectivo, assim como para recompor tecidos danificados. A vitamina C também facilita a absorção do ferro da dieta no intestino. Piridoxal

Piridoxal· fosfato

Piridoxamina

Pirldoxina

A. Deficiência de ácido ascórbico A deficiência de ácido ascórbico resulta no escorbuto, uma doença caracterizada por gengivas doloridas e esponjosas, dentes frouxos, fragilidade dos vasos sangüíneos, edemas nas articulações e anemia (Figura 28.9). A maioria dos sintomas da doença pode ser explicada por uma deficiência na hidroxilação do colágeno, resultando em tecido conectivo defeituoso.

B. Prevenção da doença crônica A vitamina C é um nutriente de um grupo que inclui a vitamina E (veja a pág. 389) e o P-caroteno (veja a pág. 380), os quais são conhecidos como antioxidantes. O consumo de dietas ricas nesses compostos está associado com diminuição na incidência de algumas doenças crônicas, tais como doença cardíaca coronariana e alguns tipos de câncer. No entanto, testes clínicos envolvendo a suplementação de um antioxidante isolado têm falhado na determinação de qualquer efeito benéfico convincente.

CONHNH2

O

lsoniazida

N

Figura 28.10 Estrutura da vitamina 8 6 e da droga isoniazida, utilizada contra a tuberculose.


376

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

V.

D

H

S~N~N

~eH, o I H

I ,/eH,

Tiamina

f:ATP AMP Carbono ~H

~u~

S

PIRIDOXINA (VITAMINA 8 6 )

NH 2

NH2

~ -.-::::: x ~N

~CH

3

I)_ ~ CH3

o I -o-P =O

Vitamina 8 6 é um termo coletivo para piridoxina, piridoxal e piridoxamina, todos derivados da piridina. Eles diferem apenas na natureza do grupo funcional ligado ao anel (Figura 28. 10). A piridoxina ocorre principalmente nas plantas, enquanto o piridoxal e a piridoxamina são encontrados em alimentos obtidos de animais. Todos os três compostos podem servir como precursores da coenzima biologicamente ativa, o piridoxal-fosfato. O piridoxal-fosfato funciona como uma coenzima para um grande número de enzimas, particularmente aquelas que catalisam reações envolvendo aminoácidos.

Tipo de reação Transaminação Desaminação Descarboxilação Condensação

Exemplo Oxalacetato + g lutamato ~ aspartafo + a.-cetoglutarato Serina ~ piruvato + NH3 Histidina ~ histamina + C02 Glicina + succinii-CoA ~ ácido õ-aminolevulínico

I

o I - 0-P=O I o-

A. Indicações clínicas de piridoxina

Tiamina-pirofosfato

m

CH3 I

CHOH

S~N~ )=!.CH3

A isoniazida (hidrazida do ácido isonicotínico), uma droga freqüentemente usada para o tratamento da tubercu lose, pode induzir uma deficiência de 8 6 pela formação de um derivado inativo com o piridoxal-fosfato. A suplementação de 8 6 na dieta é, assim, um adjuvante para o tratamento com isoniazida. Por outro lado, dietas deficientes em piridoxina são raras, mas têm sido observadas em recém-nascidos alimentados com leite em pó com baixos níveis de 8 6 , em mulheres que fazem uso de contraceptivos orais e em alcoolistas.

B. Toxicidade da piridoxina Sintomas neurológicos têm sido observados com ingestão superior a 2 g/dia. Uma melhora substancial, mas não a recuperação completa, ocorre quando a vitamina é suspensa.

B

cooI

CH 2 I

CH 2 I

CHOH

S~N~ )=!.CH3

VI. TIAMINA (VITAMINA 8 1 ) O pirofosfato de tiamina (TPP) é a forma biologicamente ativa da vitamina, formada pela transferência do grupo pirofosfato do ATP para a tiamina (Figura 28.11 ). O pi rofosfato de ti amina serve como coenzim a na formação ou na degradação de a.-cetóis pela transcetolase (Figura 28.12A) e na descarboxilação oxidativa dos a.-cetoácidos (Figura 28.128).

A. Indicações clínicas para a tiamina Figura 28.11 A. Estrutura da tiamina e sua forma de co-fator, tiamina-pirofosfato. 8. Estrutura de intermediário formado na reação catalisada pela piruvatodesidrogenase. C. Estrutura de intermediário formado na reação catalisada pela a.-cetoglutaratodesidrogenase.

A descarboxilação oxidativa do piruvato e do a.-cetogluta rato, os quais desempenham um papel-chave no metabolismo energético da maioria das células, é especialmente importante no tecido nervoso. Na deficiência da tiamina , a atividade dessas duas reações de desidrogenases está diminuída, resultando na diminuição da produção de ATP e, dessa forma, em prejuízo na função celu lar. (Nota: A deficiência de tiamina é diagnosticada pelo aumento na atividade da transcetolase em eritrócitos, o qual é observado quando da adição de pirofosfato de tiamina.)

1.

Beribéri. Essa é uma grave síndrome de deficiência de tiamina, observada em áreas onde o arroz polido é o principal componente da dieta.


377

Bioquímica Ilustrada

Os sinais de beribéri infantil incluem taquicardia, vômito, convulsões e, se não for tratada, morte. A síndrome de deficiência pode ter um rápido início em lactentes cujas mães são deficientes em tiamina. O beribéri adulto é caracterizado por pele seca, irritabilidade, pensamento desordenado e paralisia progressiva. 2.

Aibose-S·P

Transce- !,- Xilulose-S·P to/ase~

1'-

Síndrome de Wernicke-Korsakoff. Nos Estados Unidos, a deficiência de tiamina, a qual é encontrada principalmente em associação com alcoolismo crônico, é devida à insuficiência na dieta ou à diminuição na absorção intestinal da vitamina. Alguns alcoolistas desenvolvem síndrome de Wernicke-Korsakoff - um estado deficiente caracterizado por apatia, perda da memória e um movimento rítmico dos globos oculares.

Sedoeptulose-7-P

Gliceraldeído-3·P

Piruvato

~L co2 ~ l~

VIl.

Acetii·CoA

NIACINA

--~c·

Oxalacelalo

// / /

Niacina, ou ácido nicotínico, é um derivado substituído da piridina. As formas biologicamente ativas da coenzima são nicotinamida-adenina-dinucleotídeo (NAD•) e seu derivado fosforilado, nicotinamida-adenina-dinucleotídeo-fosfato (NADP•; Figura 28.13). A nicotinamida, um derivado do ácido nicotínico, que contém uma amida substituindo um grupo carbo~i la , também ocorre na dieta. A nicotinamida é rapidamente desaminada no organimo e, dessa forma, é nutricionalmente equilavente ao ácido nicotínico. O NAo• e o NADP• servem como coenzimas nas reações de oxidação-redução nas quais a coenzima sofre redução do anel piridina, pela incorporação de um íon hidreto (átomo de hidrogênio + um elétron; Figura 28.14). As formas reduzidas do NAo• e do NADP• são NADH e NADPH, respectivamente.

tif

Fumarato

\ Succinato

oc-o~

~

Ç?

o C-NH, --+----* / Nicoti~amida

,/

~

Triptofano

Figura 28.13 Estrutura e biossíntese de NAD• e NADP•.

ATP

\

~ c~

a-Cetoglutarato

~, a-Cetoglutaratodesidrogenase

Figura 28.12 Reações que utilizam tiaminapirofosfato (tiamina-PP) com coenzima. A. Transcetolase. B. Piruvato-desidrogenase e a.-cetoglutarato-desidrogenase.

o

~

\'\ lsocitrato

Succinii·CoA

A niacina é encontrada em cereais, grãos enriquecidos e não-refinados, no leite e em carne magra, especialmente fígado. Quantidades limitadas de niacina podem também ser obtidas do metabolismo do triptofano. (Nota: A via é ineficiente e somente cerca de 1 mg de ácido nicotínico é formado a partir de 60 mg de triptofano. Além disso, o triptofano é metabolizado a niacina somente quando existe uma relativa abundância do aminoácido - ou seja, após as necessidades de síntese de proteínas e produção de energia terem sido atendidas.)

Nia~ina

>trato

Maiato

A. A distribuição da niacina

(ácido nicotínico)

Piruvatodesidrogenase

ADP

l.4

co2


378

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

8. Indicações clínicas para a niacina

H

Q coNH

2

N

1.

Deficiência de niacina. A deficiência de niacina causa pelagra , uma doença envolvendo a pele, o trato gastrintestinal (GI) e o SNC. Os sintomas da evolução da pelagra compreendem três Os: dermatite, diarréia, demência e, se não-tratada, morte.

2.

Tratamento da hiperlipidemia. A niacina (em doses de 1,5 g/dia, ou 100 vezes a QDR [ou RDA]) inibe fortemente a lipólise no tecido adiposo - o produtor primário dos ácidos graxas na circulação. O fígado normalmente usa esses ácidos graxos circulantes como precursores para a síntese de triacilg liceróis. Assim, a niacina causa uma diminuição da síntese hepática de triacilgliceróis, necessários para a produção da lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL, veja a pág. 229). A lipoproteína de baixa densidade (LDL, a lipoproteína rica em colesterol) é derivada da VLDL no plasma. Assim sendo, ambos estarão diminuídos no plasma, o triacilglicerol (na VLDL) e o colesterol (na VLD L e na LDL). Dessa forma, a niacina é especialmente útil no tratamento da hiperlipoproteinemia do tipo llb, na qual a VLDL e a LDL estão elevadas.

Adenina

I

I

Ribose -®-®- Ribose NAD+

(

l

/

:H-

-+--

Íon

h;d,.,o

HH O

CONH2 N I

Adenina I

Ribose -®-®- Ribose

....

NADH

,

t ...

Figura 28.14 Redução de NAD+ a NADH .

VIII.

RIBOFLAVINA (VITAMINA 8 2 )

As duas formas biologicamente ativas são f lavina mononucleotídeo (FMN) e flavina adenina d inucleotídeo (FAD), formadas pela transferência de um AMP do ATP para o FMN (Figura 28.15). O FMN e o FAD são capazes de aceitar reversivelmente dois átomos de hidrogênio, formando FMNH2 ou FADH 2 . O FMN e o FAD são fortemente ligados - algumas vezes covalentemente - a flavoenzimas que catalisam a oxidação ou a redução de um substrato. A deficiência de riboflavina não está associada com as principais doenças humanas, embora ela freqüentemente acompanhe deficiências de outras vitaminas. Os sintomas da deficiência incluem dermatite, queilose (fissuras nos cantos da boca) e glossite (a língua parece lisa e púrpura). I.

r

IX. BIOTINA A biotina é uma coenzima nas reações de carboxilação, nas quais ela serve como carregador do di"óxido de carbono ativado (veja a Figura 10.3, pág. 11 7,

ATP

ADP

ATP

l4

pp;

l4 HO

Riboflavina

Flavina mononucfeotideo

OH

Flavina adenina dinucfeotideo

Figura 28.15 Estrutura e biossíntese de flavina mononucleotídeo (FMN) e flavina adenina dinucleotídeo (FAD).


379

Bioquímica Ilustrada

para o mecanismo das carboxilações dependentes de biotina). A biotina liga-se covalentemente ao grupo E-amino de resíduos de lisina nas enzimas dependentes de biotina (Figura 28.16). A deficiência de biotina não ocorre naturalmente, porque a vitamina está amplamente distribuída nos alimentos. Além disso, uma grande porcentagem da biotina necessária para os humanos é suprida por bactérias intestinais. Entretanto, a adição de claras de ovos cruas à dieta como uma fonte de proteína induz sintomas de deficiência de biotina, isto é, dermatite, glossite, perda de apetite e náusea. As claras de ovos cruas contém uma glicoproteína, a avidina, a qual se liga fortemente à biotina e impede a sua absorção a partir do intestino. No entanto, com uma dieta normal, estima-se que seriam necessários 20 ovos por dia para induzir uma síndrome da deficiência. Assim, a inclusão ocasional de ovos crus à dieta não leva à deficiência de biotina.

X.

Biotina Porção protéica da enzima: Acetil-carboxilase Propionil-carboxilase Piruvato-carboxi/ase

~~r8~ }

ÁCIDO PANTOTÊNICO

O ácido pantotênico é um componente da coenzima A, a qual atua na transferência de grupos acila (Figura 28.17). A coenzima A contém um grupo tiol que tra nsporta compostos acila como ésteres de tiol ativados. Exemplos de tais estruturas são a succinii-CoA, a acii-CoA e a acetii-CoA. O ácido pantotênico é também um componente da sintetase dos ácidos graxas (veja a pág. 182). Os ovos, o fígado e as leveduras são as mais importantes fontes de ácido pantotênico, embora a vitamina seja amplamente distribuída. A deficiência de ácido pantotênico não está bem caracterizada em humanos e não existe uma QDR já estabelecida.

XI. VITAMINA A Os retinóides , uma família de moléculas relacionadas ao retino! (vitamina A) , são essenciais para a visão, a reprodução, o crescimento e a manutenção dos tecidos epiteliais. O ácido retinóico , derivado da oxidação do retinol da dieta, medeia a maioria das ações dos retinóides, exceto para a visão, a qual depende do retina! , o derivado aldeídico do retinol. A.

R

A estrutura da vitamina A Vitamina A é um termo freqüentemente usado como coletivo para várias moléculas relacionadas, biologicamente ativas (Figura 28.18). O termo retinóides inclui as formas natural e sintética da vitamina A, que podem ou não ter atividade de vitamina A. 1.

Retino!. Álcool primário que contém um anel P-ionona com uma cadeia lateral insaturada, o retino! é encontrado em tecidos animais como um éster retini! com ácidos graxas de cadeia longa.

2.

Retina!. É o derivado aldeído da oxidação do retinol. O retina! e o retino! podem ser facilmente interconvertidos.

3.

Ácido retinóico. É o ácido derivado da oxidação do retinal. O ácido retinóico não pode ser reduzido no organismo e, assim, não pode originar retina! ou retinol.

4.

13-Caroteno. Os vegetais contêm p-caroteno, o qual pode ser cl ivado oxidativamente no intestino em duas moléculas de retinal. Em humanos, a conversão é ineficiente e a atividade de vitamina A do p-caroteno é apenas cerca de um sexto daquela do retinol.

Resíduo li si I

Sítio de ligação doC02

NH

\ o H-N~NH

Biotina ligada a uma enzima

Figura 28.16 A. Estrutura da biotina. B. Biotina, ligada covalentemente a um resíduo de lisina em uma enzima dependente de biotina.

o" H 1;1 <(Hs _ /C- CH2- CH2-N-Ç-<;:- <(- CH20H O O OH CH3 Ácido pantotênico

I

I~

H H CH3 CCH2 - CH2 -N-C -C-CCH2 O t H J I

o

NH

CH2

~=·

I

I

OH CH3

o=F-o-

&>\;:::(0o·~~o N

HO

O

o=r-o' o-

Coenzima A

Figura 28.17 Estrutura da coenzima A.


380

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

B . Absorção e transporte da vitam ina A 1.

Transporte para o fígado. Os ésteres de retinol presentes na dieta são hidrolisados na mucosa intestinal, liberando retinol e ácidos graxas livres (Figura 28.19). O retinol derivado dos ésteres e de clivagem e redução de carotenos é novamente esterificado a ácidos graxos na mucosa do intestino e secretado como componente dos quilomicra no sistema linfático (veja a Figura 28.1 9). Os ésteres de retinol contidos nos quilomicra são captados pelo fígado e nele armazenados.

2.

Liberação a partir do fígado . Quando necessário, o retinol é liberado do fígado e transportado para os tecidos extra-hepáticos pela proteína plasmática ligadora de retino! (PLR). O complexo PLR-retinol liga-se a receptores específicos na superfície das células dos tecidos periféricos, permitindo a entrada do retinol. Muitos tecidos possuem uma proteína celular ligadora de retino!, que transporta o retinol para sítios no núcleo, onde a vitamina atua de manei ra análoga aos hormônios esteróides.

Retinol

x~ ç~o ~

H

Retinal

c-o o I

H

Ácido retinóico (todo-trans)

11-cls-retinal (formado por fotoisomerização do todo-trans-retinal)

C. Mecanismo de ação da vitamina A O ácido retinóico liga-se com alta afinidade a proteínas receptoras específicas, no núcleo de células-alvo, ta is como as células epiteliais (Figura 28.20). O complexo ativado receptor-ácido retinóico interage com a cromatina nuclear, estimulando a síntese de RNA retinóide-específico, resultando na produção de proteínas específicas, as quais medeiam várias funções fisio lógicas. Por exemplo, os retinóides controlam a expressão do gene da queratina na maior parte dos tecidos epiteliais do corpo. As proteínas receptoras específicas do ácido retinóico são parte da superfamília dos regu ladores transcricionais que incluem os hormônios esteróides e da tireóide, e o 1,25-diidroxicolecalciferol, os quais funcionam de maneira similar. D. Funções da vitamina A 1.

Ciclo visual. A vitamina A é um componente dos pigmentos visuais das células cones e dos bastonetes. A rodopsina, o pigmento visual dos bastonetes na retina, consiste em 11-cis-retinal ligado especificamente à proteína opslna. Quando a rodopsina é exposta à luz, ocorre uma série de·isomerizações fotoquímicas, as quais resultam no desbotamento do pigmento visual, e o todo-trans-retinal é liberado da opsina. Esse processo orig ina um impulso nervoso, que é t ransmitido pelo nervo óptico para o encéfalo. A regeneração da rodopsina requer a isomerização do todo-trans-retinal, formando novamente o 11-cis-retinal. O trans-retinal, após ser liberado da rodopsina, é isomerizado a 11-cisretinal, o qual combina-se espontaneamente com a opsina, para formar a rodopsina, completando o ciclo. Reações similares são responsáveis pela visão de cores nos cones.

2.

Crescimento. Os animais privados de vitamina A inicialmente perdem o apetite, possivelmente devido à queratinização das papilas gustativas. O crescimento ósseo é lento e não acompanha o crescimento do sistema nervoso, originando dano ao sistema nervoso central.

3.

Reprodução. O retinol e o retinal são essenciais pa ra a reprodução normal, mantendo a espermatogênese nos machos e prevenindo a reabsorção fetal nas fêmeas. O ácido retinóico é inativo na manutenção da reprodução e no ciclo visual, mas promove o crescimento e a diferenciação das células epiteliais; assim, animais que recebem vitamina A somente como ácido retinóico desde o nascimento são cegos e estéreis.

Figura 28.18 Estrutura dos retinóides.


Bioquímica Ilustrada

ARMAZENAMENTO DA VITAMINA A

VITAMINA A E VISÃO

• O retinol é armazenado como ésteres de retini I, principalmente no fígado e no tecido adiposo.

• O 11-cis-retinal é um componente do pigmento visual rodopsina. • A deficiência de vitamina A resulta em cegueira noturna.

Todo-trans-retinol

Retinoi·PLR

li

PLR Todo-trans-retinal

~

Palmitato de retini I (armazenado)

11-cis-retinal

~~

Opsina

Rodopsina

luz ~~ Remanescentes RetinoI detuilomicra

Opsina

Todo-trans-retinal Qúilomicra (linfa-+sangue)

FONTES DIETÉTICAS DE VITAMINA A

Retinoi-PLR

• Os ésteres de retinil e o retinol são encontrados em certos tecidos animais. • j3-Caroteno (e outros carotenóides) são encontrados em certas plantas.

TRANSPORTE DE VITAMINA A • O retino I da dieta é transportado co· mo ésteres de retini I nos quilomicra. Retinol

• O retinol é secretado pelo fígado em associação com proteínas plasmáticas ligadoras de retinol.

~

Ácido retinóico ' Ativação gênica

Retinal

RNAm

Proteínas específicas

Diferenciação celular TECIDOS-ALVO

Ad.,g<»Ol Ésteres ( de retinil

Ésteres de retinil

tl ~.

Retinol

Retino I

CÉLULA INTEST INAL

AÇÕES NOS TECIDOS-ALVO • O retinol é oxidado a ácido retinóico, o qual liga-se a receptores nucleares. • O ácido retinóico ativado estimula genes responsivos.

Figura 28.19 Absorção, transporte e armazenamento da vitamina A e de seus derivados. PLR

= Proteína ligadora de retinol.

Ácidos graxos

381


382

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

4. O retinol é oxidado a ácido retinóico. O movimento do citosol para o núcleo é guiado por proteínas celulares ligadoras de retinol e proteínas celulares ligadoras de áci do retinói co.

E.

Manutenção das cél ulas epiteliais. A vitamina A é essencial para a diferenciação normal dos tecidos epiteliais e das secreções de mucosas.

Distri buição da v ita mina A Fígado, rim, nata, manteiga e clara de ovos são boas fontes de vitamina A pré-formada. Vegetais amarelos e verde-escuros e frutas são boas fontes d ietéticas de carotenos, que servem como precursores da vitamina A.

PLR ~~•.,...

F.

Necessidade de vitamina A A QDR para adultos é 1.000 equivalentes de retino! (RE) para indivíduos do sexo masculino e 800 RE para indivíduos do sexo feminino. Um RE = 1 mg de retino!, 6 mg de ~-caroteno ou 12 mg de outros carotenóides.

ALVO

G. Indicações clínicas Embora relacionados quimicamente, o ácido retinóico e o retinol apresentam aplicações terapêuticas bastante distintas. Retino! e seus precursores são utilizados como suplementos dietéticas, enquanto várias fo rmas do ácido retin óico são usadas na dermatologia.

O complexo ácido ret inó ico-receptor liga-se à c romatina, ativando a t ranscrição de genes específicos.

1.

Deficiência dietét ica. A vitamina A, administrada como retinol ou ésteres de retini!, é utilizada para o tratamento de pacientes deficientes nessa vitamina (Figura 28.21 ). A cegueira noturna é um dos primeiros sinais de deficiência em vitamina A. O limiar visual aumenta, dificultando a visão em ambientes com pouca luminosidade. A deficiência prolongada leva a uma perda irreversível no número de células visuais. A deficiência grave de vitamina A leva à xerofta lmia, o ressecamento patológico da conjuntiva e da córnea. Se não for tratada , a xeroftalmia resulta em ulceração da córnea e, por fim, em cegueira, devido à formação de tecido de cicatrização opaco. Essa condição é mais freqüentemente observada em crianças, em países tropicais em desenvolvimento. Mais de 500.000 crianças no mundo todo tornam-se cegas, a cada ano, devido à xeroftalmia causada por deficiência de vitamina A na dieta.

2.

Acne e psoríase. Problemas dermatológicos, como acne e psoríase, são tratados efetivamente com ácido retinóico ou seus derivados (veja a Figura 28.2 1). Casos menos graves de acne, doença d e Darie r e envelhecimento da pele são tratados com aplicação tópica de tret inoína (todo-trans-ácido retinóico), assim como com peróxido de benzoíla e com antibióticos. (Nota: A tretinoína é muito tóxica para administração sistêmica e seu uso restringe-se à aplicação tópica.) Em pacientes com acne cística recalcitrante grave, que não responde às terapias convencionais, a droga de escolha é a isotretinoína (13-cis-ácido retinóico), administrada oralmente.

3.

Prevenção de doen ças cron1cas. Populações consumindo dietas com alto conteúdo de ~-caroteno apresentam diminuição na incidência de doenças cardíacas e de câncer de pulmão e de pele (veja a Figura 28.21). O consumo de alimentos ricos em ~-caroteno está também associado com redução no risco de cataratas e de degeneração macular. Em testes clínicos, no entanto, a suplementação com ~-caroten o não apenas não reduz iu a incidência de câncer de pulmão, como aumentou o câncer em fumantes . Participantes em um teste clínico que receberam a ltas doses de ~-ca roteno inesperadamente apresentaram um aumento na mortalidade por doenças cardíacas.

RNAm

~

Proteínas específicas

~

Diferenciação celular

Fig ura 28.20 Ações dos retinóides (PLR = proteína ligadora de retino!).


Bioquímica Ilustrada

Q._,~ ~~·~·~~ ~~' \-:·: .~·.:

Ações como agentes terapêuticos

~~

~LJ

~ .. ·

.

~ Tratamento de psoríase

l

t

Retina!

-

[c•ro~oMJ ~ Manutenção da reprodução

Manutenção da visão

.

Tratamento de leucemia promielocítica

A

.Q..Q.

XAA Promoção do crescimento

t

Todo-trans-ácido retinóico (Tretinoína)

illi]

Oifere~iação manutenção do tecido epitelial: expressão gênica

Tratamento de acne grave

t

13-cis-Ácido retinóico (lsotretinoína)

Ações como componentes da dieta

Figura 28.21 Resumo das ações dos retinóides. Os compostos nos quadros estão disponíveis como componentes dietéticas ou como agentes farmacológicos. ·

H. Toxicidade dos retinóides 1.

Vitamina A. Ingestão excessiva de vitamina A produz uma síndrome tóxica denominada hipervitaminose A. Quantidades que excedam 7,5 mg/dia de retino! devem ser evitadas. Os sinais iniciais de hipervitaminose A crônica refletem-se na pele, que torna-se seca e prurítica, no fígado, que apresenta aumento e pode tornar-se cirrótico, e no sistema nervoso, onde um aumento da pressão intracraniana pode mimetizar sintomas de tumor encefálico. Gestantes, especialmente, não devem ingerir quantidades excessivas de vitamina A, em função da potencial possibilidade de malformações congên itas no feto e m desenvolvimento.

2.

lsotretinoína. A droga é te ratogênica e absolutamente contra-indicada para mulheres que potencialmente possam estar grávidas ou em risco de engravidar, a não ser que apresentem acne cística desfigurante e grave, que não responda às terapias convencionais. A gestação deve ser excluída antes de iniciar o tratamento, e um controle contraceptivo adequado deve ser utilizado. Tratamento prolongado com isotretinoína leva à hiperlipidemia e a um aumento na relação LDUHDL, o que pode ser preocupante em função de um risco aumentado de doença cardiovascular.

383


384

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

XII. VITAMINA O As vitaminas O são um grupo de esteróides que apresentam uma função do tipo hormonal. A molécula ativa, 1,25-diidroxicolecalciferol (1,25-diOH-0 3 ), ligase a proteínas receptoras intracelulares. O complexo 1,25-diOH-03-receptor interage com o ONA no núcleo de células-alvo de modo semelhante à vitamina A (veja a Figura 28.20) e estimula seletivamente ou reprime de modo específico a transcrição gênica. A ação mais proeminente do 1,25-diOH-0 3 é a regulação dos níveis plasmáticos de cálcio e fósforo.

A. Distribuição da vitam ina D 1.

Dieta. O ergocalciferol (vitamina 0 2 ), encontrado em plantas, e o colecalciferol (vitamina 0 3 ), encontrado em tecidos animais, são fontes de atividade de vitamina O pré-formada (Figura 28.22). O ergocalciferol e o colecalciferol diferem quimicamente apenas pela presença de uma ligação dupla adicional e de um grupo meti la no esteróide vegetal.

2.

Precursor endógeno da vitamina. O 7-desidrocolesterol, um intermediário no metabolismo do coleste rol, é convertido em colecalciferol na derme e na epiderme de humanos expostos à luz solar. A vitamina O pré-formada é uma necessidade dietética apenas em indivíduos com exposição limitada à luz solar.

B. Metabolismo da vitam ina D 1.

Formação do 1 ,25-diOH-03 . As vitam inas 0 2 e 0 3 não são biologicamente ativas, mas são convertidas in vivo na for ma ativa da vitamina O por duas reações seqüenciais de hidroxilação (Figura 28.23). A primeira hidroxilação ocorre na posição 25 e é catalisada por uma hidroxilase específica, no fígado. O produto da reação, 25-hidroxicolecalciferol (25-0H-03 ) , é a forma predominante da vitamina O no plasma e principal forma de armazenamento da vitamina. O 25-0H-0 3 é posteriormente hidroxilado na posição 1 pela 25-hidroxicoleca/cifero/1-hidroxilase específica, encontrada principalmente no rim , resultando na formação de 1 ,25-diidroxicolecalciferol (1,25-diOH-03 ) . (Nota: Essa hidroxilase, assim como a 25-hidroxilase do fígado, emprega citocromo P450, oxigênio molecular e NAOPH.)

2.

Regulação da 25-hidroxicolecalciferol-1-hidroxilase. O 1 ,25-diOH-0 3 é o mais potente metabólito da vitamina O. Sua formação é fortemente

HO

Ergocalciferol

t

Dieta

t HO

Colecalciferol

t

Síntese na pele

I

regulada pelos níveis plasmáticos de íons fosfato e de cálcio (Figura 28.24) . A atividade 25-hidroxicolecalcifero/-1 -hidroxilase aumenta diretamente em função de baixo fosfato plasmático ou indiretamente por diminuição de íons cálcio, que dispara a liberação do hormônio paratireóideo (PTH). A hipocalcemia causada por deficiência de cálcio na dieta, desse modo, resulta em níveis elevados de 1,25-diOH-0 3 no plasma. A atividade de 1-hidroxilase é ainda diminuída por excesso de 1,25-diOH-03 , o produto da reação.

C. Funções da vitamina D HO

7-Desidrocolesterol

Figura 28.22 Fontes da vitamina O.

A função geral do 1 ,25-diOH-0 3 é a manutenção de níveis plasmáticos adequados de cálcio. Esse composto realiza essa função por: 1) aumentar a captação de cálcio pelo intestino; 2) minimizar a perda de cálcio pelo rim; e 3) estimular a reabsorção óssea quando necessário (veja a Figura 28.23).


Bioquímica Ilustrada

Luz UV

RIM

25-0H-03

Hormônio paratireóideo

~ PARATIREÓIDE

1,25-díOH-03

TIREÓIDE

1 ,25-diOH-03

INTESTINO

osso

RNAm

RNAm

t

o

Figura 28.23 Metabolismo e ações da vitamina D.

• ~o

Proteína lígadora de Ca2•

'

385


386

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

1.

Efeito da vitamina D sobre o intestino. O 1,25-diOH-0 3 estimula a absorção intestinal de cálcio e fosfato. O 1,25-diOH-0 3 entra na célula intestinal e liga-se a um receptor citosólico. O complexo 1,25-diOH-03 rece pto r move-se então para o núcleo, onde interage seletivamente com o DNA celular. Como resultado, a captação de cálcio é aumentada por um aumento na síntese de uma proteína ligadora de cálcio específica. Assim sendo, o mecanismo de ação do 1 ,25-diOH-03 é típico dos hormônios esteróides (veja a pág. 238).

2.

Efeit o da v itamina D so bre os ossos. O 1 ,25-diOH-03 estimula a mobilização do cálcio e do fosfato a partir dos ossos por um processo que necessita de síntese protéica e da presença de PTH. O resultado é um aumento no cálcio e no fosfato plasmáticos. Assim sendo, os ossos são uma reserva importante de cálcio, que pode ser mobilizada para manter os níveis plasmáticos.

Hormônio paratireóideo

D. Distribuição e neces sidades de vita mina D A vitamina D ocorre naturalmente em peixes gordurosos, fígado e clara de ovo. O leite, a não ser que seja fortificado artificialmente, não é uma boa fonte dessa vitamina. Para adultos, a QDR é de 5 11g de colecalciferol, ou 200 unidades internacionais (UI) de vitamina D. E. In d icações clínic as

Figura 28.24 Resposta a baixo cálcio plasmático.

F.

1.

Raquitismo nutricional. A defici ência de vitamina D causa, como resultado líquido, desmineralização dos ossos, resultando em raquit ismo em crianças e em osteo malac ia em adultos (Figura 28.25). O raquitismo caracteriza-se pela formação contínua da matriz de colágene dos ossos, mas mineralização incompleta, resultando em ossos flexíveis e maleáveis. Na osteomalacia, a desmineralização de ossos preexistentes aumenta a suscetibilidade a fraturas. Exposição insuficiente à luz solar ou deficiência no consumo de vitamina D ocorre predominantemente em bebês e idosos. A deficiência de vitamina D é mais comum nas latitudes norte, pois menor síntese de vitamina D ocorre na pele como resultado da exposição reduzida à luz ultravioleta. (Nota: A QDR de 200 UI/dia [que corresponde a 5 11g de colecalciferol] pode ser insuficiente, pois tem sido demonstrado que doses acima de 800 UI/dia reduzem a incidência de fraturas osteoporóticas.)

2.

Raq uitismo renal (o steodistro fia re na l). Essa doença resu lta de insuficiência renal crônica e, portanto, diminuição na capacidade de produzir a forma ativa da vitamina. A administração de 1 ,25-diOH-colecalciferol (calcitriol) é uma terapia de reposição eficiente.

3.

Hi pop aratireo idismo. A ausência do hormônio paratireóideo causa hipocalcemia e hiperfosfatemia. Esses pacientes podem ser tratados com qualquer forma da vitamina D, juntamente com o hormônio paratireóideo.

Tox icidade da vitamina D A vitamina D é a mais tóxica de todas as vitaminas. Como as demais vitaminas lipossolúveis, a vitamina D pode ser armazenada no organ ismo e é apenas vagarosamente metabolizada. Doses altas {100.000 UI por semanas ou meses) podem causar perda do apetite, náusea, sede e estupor. Aumento na absorção de cálcio e reabsorção óssea resultam em hipercalcemia, que pode levar à deposição de cálcio em muitos órgãos, especialmente nas artérias e nos rins.


Bioquímica Ilustrada

387

XIII. VITAMINA K O principal papel da vitamina K é exercido na modificação pós-traducional de vários fatores de coagulação sangüínea, quando essa vitamina serve como uma coenzima na carboxi lação de certos resíduos de ácido glutâmico presentes nessas proteínas. A vitamina K existe em diversas formas. Po r exemplo, nas plantas ela existe como filoquinona (ou vitamina K 1 ) e nas bactérias da flora intestinal como menaquinona (ou vitamina K 2 ). Para a terapia, está disponível um derivado sintético da vitamina K, a menadiona. A.

Funções da vitamina K 1.

Formação do y -carboxiglutamato. A vitamina K é necessária para a síntese hepática de protrombina e dos fatores de coagulação sangüínea 11 , VIl, IX e X. Essas proteínas são sintetizadas como moléculas precursoras inativas. A formação dos fatores de coagulação requer a carboxilação dependente de vitamina K de resíduos de ácido glutâmico (Figura 28.26). Com isso, forma-se um fator de coagulação maduro, que contém y-carboxiglutamato (Gia) e é capaz de subseqüente ativação. A reação requer 0 2 , C02 e a forma hidroquinona da vitamina K. A formação de Gla é sensível à inibição por dicumarol, um anticoagulante de ocorrência natural em células de trevo chei roso em deterioração, e por varfarina , um análogo sintético da vitamina K.

2.

l nteração da protrombina com plaquetas. Os resíduos de Gla da protrombina são bons quelantes de íons cálcio, carregados positivamente, devido à presença de dois grupos carboxilato adjacentes, negativamente carregados. O complexo protrombina-cálcio é então capaz de ligar-se a fosfol ipídeos essenciais para a coagu lação sangüínea, sobre a superfície das plaquetas. A ligação às plaquetas aumenta a taxa da conversão proteolítica de protrombina em trombina (Figura 28.27).

3.

Papel dos resíduos de y-carboxiglutamato em outras proteínas. O Gla está também presente em outras proteínas (por exemplo, na osteocalcina dos ossos), não-relacionadas ao processo de coagulação. No entanto, o papel fisiológico dessas proteínas e a função da vitamina K em sua síntese não estão bem compreendidos.

B. Distribuição e necessidades de vitam ina K

Figura 28.25 Pernas em arco de homem de meia-idade com osteomalacia, uma deficiência nutricional de vitamina D, que resulta em malformações do esqueleto.

Precursores dos fatores de coagulação 11, VIl, IX, X

Polipeptídeo ~ H

l

~ N -ÇH-Ç ~

ÇH2 O ÇH2

coo-

Resíduo glutamil

A vitamina K é encontrada no repolho, na couve-flor, no espinafre, na clara dos ovos e no fígado. Há também intensa síntese dessa vitamina pelas bactérias intestinais. Não existe uma QDR para a vitamina K , mas 70 a 140 mg/dia é recomendável como um nível adequado. O nível inferior presume que metade das necessidades estimadas provenham da síntese bacteriana, enquanto o nível superior presume não haver síntese bacteriana . C. Indicações clínicas 1.

Deficiência de vitam ina K . Uma deficiência verdadeira de vitam ina K é incomum, pois quantidades adequadas são geralmente produzidas pelas bactérias intestinais ou obtidas a partir da dieta. Se a população bacteriana no intestino diminui, por exemplo, pelo uso de antibióticos, a quantidade de vitamina formada endogenamente diminui e pode levar à hipoprotrombinemia em indivíduos marginalmente subnutridos (por exemplo, um paciente geriátrico debilitado). Essa condição pode requerer uma suplementação com vitam ina K para corrigir a tend ência a

Figura 28.26 Carboxilação do glutamato, para formar y-carboxiglutamato (G ia).


388

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

f\/'lf\!\1\1\f\f\

Membrana de fosfolipíde os

~---das plaquetas

_ __ ':J_~'JJL'J.I.J~\['J_ ._ \\

Po~te_ de

(

I

calc1o

I

CO

~

H3 N+-C:::::=:=::::::::-

\

Ca++ , , \\

I

11

Ca++ , ' \\.

ooc coo- ooc c o

VitaminaK)

-=========::I-CooPrecursores de li, VIl, IX, X

SANGUE

Fatores 11, VIl, IX, X maduros

Figura 28.27 Papel da vitamina K na coagulação sangüínea.

sangramentos. Além disso, certas cefalosporinas de segunda geração (por exemplo, cefoperazona, cefamandol e moxalactam) causam hipoprotrombinemia, aparentemente por meio de um mecanismo do tipo da varfarina. Conseqüentemente, seu uso como tratamento é normalmente suplementado com vitamina K. 2.

Deficiência de vita mina K no recém-nascido. Recém-nascidos possuem intestinos estéreis e não podem inicialmente sintetizar a vitamina K. Uma vez que o leite humano fornece apenas cerca de um quinto das necessidades diárias de vitam ina K, é recomendado que todos os recém-nascidos recebam uma única dose intramuscular de vitamina K profilaticamente contra doenças hemorrágicas.

O. Toxicidade da v ita m ina K A administração prolongada de doses elevadas de vitamina K pode produzir anemia hemolítica e icterícia no bebê, devido a efeitos tóxicos na membrana dos eritrócitos.

XIV.

VITAMINA E

As vitaminas E consistem em oito tocoferóis de ocorrência natural, dos quais o a-tocoferol é o mais ativo (Figura 28.28). A principal função da vitam ina E é como antioxidante na prevenção da oxidação não-enzimática de componentes celulares (por exemplo, ácidos graxos poliinsaturados) pelo oxigênio molecular e por radicais livres.

A. Distribuição e necess idades de v itamina E Óleos vegetais são fontes ricas em vitamina E, enquanto fígado e ovos contêm quantidades moderadas dessa vitamina. A QDR para o a-tocoferol é 10 mg para homens e 8 mg para mulheres. As necessidades de vitamina E aumentam na medida em que aumenta a ingestão de ácidos graxos poliinsaturados.


Bioquímica Ilustrada

8 . Deficiência de vitamina E A deficiência de vitamina E está quase inteiramente restrita a bebês prematuros. Quando observada em adultos, normalmente está associada com defeitos na absorção ou no transporte de lipídeos. Os sinais de deficiência de vitamina E em humanos incluem sensibilidade dos eritrócitos a peróxidos e aparecimento de membranas celulares anormais.

C. Indicações clínicas A vitamina E não é recomendada para a prevenção de doenças crônicas, tais como doença ca rdíaca coronariana ou câncer. Testes clínicos utilizando suplementação com vitamina E têm sido invariavel mente desanimadores. Por exemplo, no Estudo de Prevenção de Câncer utilizando a-tocoferol e p-caroteno, em um ensaio em que os participantes receberam altas doses de vitamina E, os mesmos não apenas não obtiveram benefícios cardiovasculares, mas também apresentaram aumento na incidência de acidente vascular cerebral.

D. Toxicidade da vitamina E A vitamina E é a menos tóxica das vitaminas lipossolúveis e não tem sido observada qualquer toxicidade em doses de 300 mg/dia.

XV.

SUPLEMENTAÇÃO VITAMÍNICA

Uma vez que os potenciais benefícios excedem as possibilidades de dano, muitos especialistas recomendam uma suplementação multivitamínica diária, que não exceda as QDRs de suas vitam inas componentes. Multivitaminas asseguram uma ingestão adequada para aquelas vitaminas - ácido fólico, vitamina 8 6 , vitamina 8 12 e vitamina D - que mais provavelmente possam apresentar alguma deficiência. No entanto, as evidências são insuficientes para recomendações a favor ou contra o uso de suplementos com vitaminas A, C ou E, ou multivitaminas contendo ácido fólico ou combi nações antioxidantes para a prevenção de câncer ou doença cardiovascular. Muitos especi alistas são contra o uso de suplementos contendo P-caroteno, seja isoladamente ou em combinação, para a prevenção de câncer ou doença cardiovascular.

XVI.

RESUMO DO CAPÍTULO

As vitam inas estão resumidas na Figura 28.29.

Figura 28.28 Estrutura da vitamina E.

389


390

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

OUTROS NOMES

Ácido fólico

Vitamina 8 12

Vitamina C

Vitamina 8 6

Vitamina 8 1

Niacina

Vitamina 8 2

Cobalamina

Ácido ascórbico

Piridoxina Piridoxamina Piridoxal Tiamina

Ácido nicotínico Nicotinamida

Riboflavlna

FORMAATIVA

Ácido tetraidrofólico

Transferência de unidades de um carbono; Síntese de metionina, pu ri nas e ti mina

Metilcobalamina Desoxiadenosil· cobalamina

Co-fator para as reações: Homocisteina -4 Metionina Metilmalonii-CoA -4 Succinii-CoA

Ácido ascórbico

Antioxidante Co-fator em reações de hidroxilação, por exemlo: No procolágeno: Prol i na ---> hidroxiprolina Lisina ---> hidrox ilisina

Piridoxal-fosfato

Co-fator para enzimas, especialmente no metabolismo dos aminoácidos

Tiamina-pirofosfato

Co-fator de enzimas catalisando: Piruvato ---> acetii-CoA et·Cetoglutarato ---> Succinii-CoA Ribose-5-P + xilulose-5-P ---> Sedoeptulose-7-P + Gliceraldeido-3-P

NAD+, NADP+

Transferência de elétrons

FMN,FAD

Transferência de elétrons

8iotina ligada à enzima

8iotina

Ácido pantotênico

FUNÇÃO

Coenzima A

Reações de carboxilação

Transportador de acilas

HIDROSSOLÚVEIS LIPOSSOLÚVEIS Vitamina A

RetinoI Retinal Ácido retinóico J3·Caroteno

Retinol Retina! Ácido retinóico

Manutenção da reprodução Visão Promoção do crescimento Diferenciação e manutenção de tecidos epiteliais Expressão gêni ca

Vitamina O

Colecalciferol Ergocal ciferol

1 ,25-Diidroxicolecalciferol

Captação de cál cio

Vitamina K

Menadiona Menaquinona Filoquinona

Menadiona Menaquinona Filoquinona

y-Carboxilação de resíduos de glutamato em fatores de coagulação e outras proteínas

u-Tocoferol

Qualquer dos diversos derivados tocoferóis

Antioxidante

Vitamina E

Figura 28.29 Resumo das vitaminas.


Bioquímica Ilustrada

DEFICIÊNCIA

SINAIS E SINTOMAS

TOXICIDADE

Anemia megaloblástica Defeitos do tubo neural

Anemia Defeitos congénitos

Nenhuma

A administração de altas doses de folato pode mascarar uma deficiência em vitamina B 12

Anemia perniciosa Demência Degeneração espinhal

Anemia megaloblástica Sintomas neuropsiquiátricos

Nenhuma

A anemia perniciosa é tratada com vitamina B12 IM ou altas doses via oral

Escorbuto

Gengivas doloridas e esponjosas Dentes frouxos Difícil cicatrização

Nenhuma

Benefícios de suplementação não estão estabelecidos em testes controlados

Rara

Glossite Neuropatia

Sim

A deficiência pode ser induzida por isoniazida Neuropatia sensorial ocorre com doses altas

Taquicardia, vómitos, convulsões Apatia, perda de memória, movimentos oculares

Nenhuma

Dermatite Diarréia Demência

Nenhuma

Beribéri Síndrome de WernickeKorsakoff (mais comum em alcoolistas) Pelagra

Rara

Dermatite Estomatite angular

Doses altas de niacina são utilizadas no tratamento da hiperlipidemia

Nenhuma

Nenhuma

Rara

391

O consumo de grandes quantidades de claras de ovos cruas (que contêm uma proteína, a avidina, que liga a biotina) pode Induzir deficiência de biotina

Nenhuma

Rara

HIDROSSOLÚVEIS LIPOSSOLÚVEIS Impotência Cegueira noturna Retardo do crescimento Xeroftalmia

Aumento do limiar visual Ressecamento da córnea

Raquitismo (em crianças) Osteomalacia (em adultos)

Ossos flexíveis e maleáveis

Em recém-nascidos Rara nos adultos

Rara

Figura 28.29 (Continuação)

Sangramento

Fragilidade eritrocitária leva à anemia hemolítica

Sim O [3-caroteno não é tóxico de forma aguda, mas s ua suplementação não é recomendada Excesso de vitamina A pode aumentar a incidência de fraturas

Sim

Rara

Nenhuma

A vitamina O não é uma vitamina de fato, pois pode ser sintetizada na pele. A aplicação de protetor solar ou a presença de pele escura diminui essa síntese.

A vitamina K é produzida por bactérias intestinais A deficiência de vitamina K é comum em recém-nascidos Tratamento parenteral com vitamina K é recomendado ao nascimento Benefícios de suplementação não estão estabelecidos em testes controlados


392

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Questões para Estudo Escol ha a ÚNICA resposta correta. 28.1 Qual das seguintes afirmativas a respeito da vitamina B12 está correta? A. A forma de co-fator é a própria vitamina B, 2 • B. Está envolvida na transferência de grupos amino. C. Requer uma glicoproteína específica para sua absorção. D. Está presente em produtos vegetais. E. Sua deficiência é mais freqüentemente causada por uma falta da vitamina na dieta. 28.2 O retino!: A. pode ser formado enzimaticamente a partir do ácido retinóico; B. é transportado do intestino ao fígado nos quilomicra; C. é a porção que absorve a luz na rodopsina; D. é fosforilado e desfosforilado durante o ciclo visual; E. medeia a maior parte das ações dos retinóides. 28.3 Qual das seguintes afirmativas a respeito da vitamina D está correta? A. Insuficiência renal crônica requer a administração oral de 1,25-diidroxicolecalciferol. B. É necessária na dieta de indivíduos expostos à luz solar. C. O 25-hidroxicolecalciferol é a forma ativa da vitamina. D. A vitamina D opõe-se ao efeito do hormônio paratireóideo. E. Uma deficiência em vitamina D resulta em secreção aumentada de calcitonina. 28.4 A vitamina K: A. desempenha um papel essencial na prevenção da trombose; B. aumenta o tempo de coagulação em recém-nascidos com doença hemorrágica; C. está presente em altas concentações no leite materno e no leite de vaca; D. é sintetizada por bactérias intestinais; E. é uma vitamina hidrossolúvel.

=

Resposta correta C. A vitamina 8 ,2 requer o fator intrínseco para sua absorção. Uma deficiência de vitamina 8 ,2 é mais freqüentemente causada pela falta do fator intrínseco. No entanto, doses altas da vitamina administradas oralmente são suficientemente absorvidas para servir como tratamento para a anemia perniciosa. As formas de co-fator são a metilcobalamina e a desoxiadenosilcobalamina. A vitamina 8 6 , e não a vitamina 8 ,2 , está envolvida na transferência de grupos amino. A vitamina 8 12 é encontrada em alimentos derivados de fontes animais.

=

Resposta correta 8. Ésteres de retini! são incorporados nos quilomicra. O ácido retinóico não pode ser reduzido a retínol. O retina!, a forma aldeídica do retino!, é o cromóforo da rodopsina. O retina! é fotoisomerizado durante o ciclo visual. O ácido retinóico, e não o retino!, é o mais importante dos retinóides.

=

Resposta correta A. A insuficiência renal resulta na redução na capacidade de formar a forma ativa da vitamina, a qual deve então ser fornecida. A vitamina não é necessária em indivíduos expostos à luz solar. O 1,25-diidroxicolecalciferol é a forma ativa da vitamina. A vitamina D e o hormônio paratireóideo aumentam o cálcio sérico. Uma deficiência de vitamina D diminuí a secreção de calcitonina.

Resposta correta = D. A vitamina K é essencial para a formação do coágulo, diminui o tempo de coagulação e está presente em baixas concentrações no leite.


Estrutura e Replicação do DNA I. VISÃO GERAL Os ácidos nucléicos são necessários para o armazenamento e a expressão da informação genética. Existem dois tipos distintos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA, veja o Capítulo 30}. O DNA, o depositário da informação genética, está presente não somente nos cromossomas dentro do núcleo dos organismos eucarióticos, mas também nas mitocôndrias e nos cloroplastos de plantas. As células procarióticas, que não apresentam núcleo, possuem um único cromossoma, mas também podem conter DNA não-cromossômico, na forma de plasmídeos. A informação genética encontrada no DNA é copiada e transmitida para as cél ulas-filhas por meio da replicação do DNA. O DNA contido em uma célula-ovo fertilizada codifica a informação que direciona o desenvolvimento de um organismo. Esse desenvolvimento pode envolver a produção de bilhões de células. Cada célula é especializada, expressando somente aquelas funções necessárias para desempenhar o seu papel na manutenção do organismo. Dessa forma, o DNA deve ser capaz não somente de replicar-se de forma precisa cada vez que uma cé lula se divide, mas também de expressar a informação que contém de forma seletiva. A transcrição (síntese de RNA} é o primeiro estágio na expressão da informação genética (veja o Capítulo 30}. A seguir, o código contido na seqüência de nucleotídeos das moléculas de RNA mensageiro é traduzida (síntese protéica, veja o Capítulo 31}, completando assim a expressão gênica. Esse fluxo de informação do DNA para o RNA e deste para a proteína é denominado de "dogma central da biologia molecular'' (Figura 29.1} e é representativo para todos os organismos, com a exceção de alguns vírus que possuem o RNA como o repositório de sua informação genética.

11.

Transcrição

RNA Tradução

ESTRUTURA DO DNA

O DNA é um polidesoxirribonucleotídeo que contém muitos monodesoxirribonucleotídeos covalentemente unidos por ligações fosfodiéster 3' ~ 5'. Com a exceção de alguns poucos vírus que contêm DNA de fita simples, o DNA existe como uma molécula de fita dupla, na qual as duas fitas se enrolam uma ao redor da outra, formando uma dupla hélice. Nas células eucarióticas, o DNA é encontrado associado a vários tipos de proteínas presentes no núcleo (conhecidas coletivamente como nucleoproteínas}, enquanto em procariotos o complexo proteína-DNA está presente no nucleóide.

PROTEÍNA

Figura 29.1 O "dogma central" da biologia molecular.


394

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

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Extremidade 5'

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Extremidade 3'

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Extremidade 3'

Extremidade 5'

Extremidade

~TACG /

3'

Figura 29.2 A. Cadeia de DNA, com a seqüência escrita de nucleotídeos indicada na direção 5' --73'. Uma ligação 3' --75' fosfodiéster é mostrada em realce no quadro azul, e o esqueleto de desoxirribose-fosfato está sombreado em amarelo. B. A cadeia de DNA escrita de forma mais estilizada, enfatizando o esqueleto de ribose-fosfato. C. Uma representação mais simples da seqüência nucleotídica. D. A representação mais simples, com as abreviações para as bases escritas na direção 5' --73' convencional.

A. Ligações fosfodiéster 3'--7 5 ' Ligações fosfodiéster unem o grupo 5'-hidroxila da desoxipentose de um nucleotídeo com o grupo 3'-hidroxila da desoxipentose de um nucleotídeo adjacente, por meio de um grupo fosfato (Figura 29.2). A cadeia resultante, longa e linear, possui polaridade, apresentando uma extremidade 5' (a extremidade com o fosfato livre) e uma extremidade 3' (a extremidade com a hidroxila livre) não-ligadas a outros nucleotídeos. As bases localizadas ao longo do esqueleto resultante de desoxirribose-fosfato são, por convenção, sempre escritas na seqüência a partir da extremidade 5' da cadeia para a extremidade 3' . Por exemplo, a seqüência de bases no DNA mostrado na Figura 29.2 é lida "timina, adenina, citosina, guanina" (5'-TACG-3'). Ligações fosfodiéster entre nucleotídeos (no DNA ou no RNA) podem ser clivadas hidroliticamente por substâncias químicas ou hidrolisadas enzimaticamente por uma família de nucleases: desoxirrlbonucleases para o DNA e ribonucleases para o RNA. (Nota: Nucleases que clivam a cadeia nucleotfdica em posições internas da cadeia são denominadas endonucleases. Aquelas que clivam a cadeia somente pela remoção de nucleotídeos individuais a partir de uma das extremidades são chamadas de exonucleases.)


Bioquímica Ilustrada

395

B. Dupla hélice Na dupla hélice, as duas cadeias estão espiraladas em torno de um eixo comum chamado de eixo de simetria . As cadeias estão pareadas de maneira antiparalela, ou seja, a extremidade 5' de uma fita está pareada com a extremidade 3' da outra fita (Figura 29.3). Na hélice de DNA, o esqueleto hidrofílico de desoxirribose-fosfato de cada cadeia fica na parte externa da molécula, enquanto as bases hidrofóbicas estão situadas internamente. A estrutura geral lembra uma escada em caracol. A relação espacial entre as duas fitas na hélice cria um sulco maior (mais amplo) e um sulco menor (mais estreito). Esses sulcos fornecem acesso para a ligação de proteínas regulatórias em seqüências específicas de reconhecimento ao longo da cadeia de DNA. (Nota: Certas drogas anticâncer, como a dactinomicina [actinomicina D], exercem os seus efeitos citotóxicos intercalando-se no sulco menor da dupla hélice de DNA, interferindo, dessa forma, 1 com a síntese de RNA e de DNA. )

1.

2.

Pareamento de bases. As bases de uma fita de DNA estão pareadas com as bases da segunda fita, de maneira que uma adenina está sempre pareada com uma timina e uma citosina está sempre pareada com uma guanina. (Nota: Os pares de bases localizam-se perpend icularmente ao eixo da hélice [veja a Figura 29.3].) Dessa forma, uma cadeia polinucleotídica da dupla hélice de DNA é sempre o complemento da outra. Dada a seqüência de bases em uma cadeia, a seqüência de bases da cadeia complementar pode ser determinada (Figura 29.4) . (Nota: O pareamento específico de bases no DNA leva às Regras de Chargaff : Em qualquer amostra de DNA com fita dupla, a quantidade de adenina é igual à quantidade de timina, a quantidade de guanina é igual à quantidade de citosina e a quantidade total de purinas é igual à q uantidade total de pirimidinas.) Os pares de bases são m antidos unidos por pontes de hidrogênio: duas entre A e T e três entre G e C (Figura 29.5) . Essas pontes de hidrogênio, mais as interações hidrofóbicas entre as bases empilhadas, estabi lizam a estrutura da dupla hél ice. Sepa ração das duas fitas de DNA na dupla hélice. As duas fitas da dupla hélice separam-se quando são desfeitas as pontes de hidrogênio entre os pares de bases. A destruição das pontes pode ocorrer em laboratório, se o pH de uma solução de DNA for a lterado de maneira que as bases nucleotídicas ionizem-se, ou se a solução for aquecida . (Nota: As ligações fosfodiéster não são quebradas com tais tratamentos.) Quando o DNA é aquecido, a temperatura na qual m etade da estrutura helicoidal é perdida é definida como temperatura de fusão (T m • de melting temperature). A perda da estrutura helicoidal do DNA, chamada de desnatu ração, pode ser monitorada pela medição de sua absorbância a 260 nm. (Nota: O DNA de fita simples possui uma absorbância relativa maior nesse comprimento de onda do que o DNA de fita dupla.) Uma vez que há três pontes de hidrogênio entre G e C, mas somente duas entre A e T, o DNA que contiver altas concentrações de A e T desnatura em uma temperatura menor do que um DNA rico em G e C (Figura 29.6). Em condições apropriadas, as fitas complementares de DNA podem refazer a dupla hélice, por um processo chamado de renaturação (ou reanelamento).

Eixo de s imetria Esqueleto de desoxirribosefosfato

Sulco { menor

Sulco maior

Figura 29.3 DNA em dupla hélice, ilustrando algumas das suas principais características.

Esqueleto de Pares de bases Esquelet o de desoxirribosedesoxirribosefosfato fosfato

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Pontes de hidrogênio

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I

Veja o Capítulo 40 de Farmacologia Ilustrada (3• edição) e o Capítulo 38 (2ª edição) para uma discussão da droga anticâncer actinomicina D.

Figura 29.4 Duas seqüências complementares de DNA.

5'


396

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

3.

Pontes de hidrogênio

Formas estrut urais da dupla hélice. Existem três formas estruturais principais de ONA: a forma 8 , descrita por Watson e Crick em 1953, a fo rma A e a forma Z. A forma 8 é uma hélice espiralada para a direita, com dez resíduos em cada volta de 360° da hélice e com os planos das bases perpendiculares ao eixo helicoidal. Acredita-se que o ONA cromossômico consista principalmente de B-ONA (a Figura 29.7 ilustra um modelo de preenchimento do B-ONA). A forma A é produzida por uma desidratação moderada da forma B. Ela também é espiralada para a direita, mas existem 11 pares de bases por volta, e os planos dos pares de bases estão inclinados 20° além da posição perpendicular ao eixo helicoidal. A conformação encontrada nos híbridos ONA-RNA ou em regiões de fita dupla de RNA-RNA é, provavelmente, muito semelhante à da forma A. O Z-ONA é uma hélice espiralada para a esquerda, que contém ao redor de 12 pares de bases por volta (veja a Figura 29.7). (Nota: O esqueleto de desoxirribose-fosfato faz "ziguezagues", daí o nome ONA "Z".) Porções contendo Z-ONA podem ocorrer naturalmente em regiões de ONA que possuem uma seqüência de purinas e pirimidinas alternadas, por exemplo, poli GC. Transições entre essas formas helicoidais do ONA podem desempenhar uma função importante na regulação da expressão gênica.

C. Mo léculas de DNA circulares Figura 29.5 Pontes de hidrogênio entre as bases complementares.

Cada cromossoma no núcleo de um eucarioto contém uma longa molécula linear de ONA de fita dupla, a qual está ligada a uma mistura complexa de proteínas para formar a cro matina. Os eucariotos possuem moléculas de ONA circular em suas mitocôndrias, assim como nos clo roplastos vegetais. Um organismo procariótico contém um único cromossoma circular de fita dupla, supertorcido. Cada cromossoma procariótico está associado com proteínas semelhantes a histonas (veja a pág. 406) e com RNA, que podem condensar o ONA para formar um nucleóide. Além disso, a maioria das espécies de bactérias também contém pequenas moléculas de ONA extracromossomais circulares, chamados de plasmídeos. O ONA plasmidial carrega informação genética e sofre replicação, que pode ou não estar 2 sincronizada com a divisão cromossômica . Os plasmídeos podem carregar genes q ue conferem resistência a antibióticos para a bactéria hospedeira e que podem facilitar a transferência de informação genética de uma bactéria para outra. (Nota: O uso de plasmídeos como vetares na tecnologia do ONA recombinante está descrito no Capítulo 32.)

Em temperaturas acima da T m, o DNA est á presente como uma fita única

III.

DNA com g rande conteúdo GC

74

86

98

Temperatura (OC)

Fig ura 29.6 Tempe raturas de fusão (T ml de moléculas de ONA com diferentes composições de nucleotídeos. (Em um comprimento de onda de 260 nm, o ONA de fita simples possui uma absorbância relativa maior do que o ONA de fita dupla.)

ETAPAS NA SÍNTESE DO DNA PROCARIÓTICO

Quando as duas fitas do ONA de fita dupla são separadas, cada uma pode servir de molde para a replicação de uma nova fita complementar. Isso produz duas moléculas filhas, cada uma das quais contém duas fitas de ONA com uma orientação antiparalela (veja a Figura 29.3). Esse processo é chamado de replicação sem iconservativa porque, embora o dúplex parental seja separado em duas metades (e, portanto, não seja "conservado" como uma entidade), cada uma das fitas parentais individuais permanece intacta em cada uma das duas novas duplas hélices (Figura 29.8). As enzimas envolvidas no processo de replicação do ON A são polimerases direcionadas por matrizes, que podem sintetizar a seqüência complementar de cada fita com extraordinária fide lidade. As reações descritas nesta seção foram primeiramente conhecidas a parti r de estudos com a bactéria Escherichia coli (E. co/1) e a descrição fornecida a seguir se refere ao processo observado naquele microrganismo. A síntese de

2

Veja a pág. 116, de Microbiologia Ilustrada, para uma discussão acerca de plasmídeos.


Bioquímica Ilustrada

397

DNA nos organismos superiores não é tão bem-compreendida, porém envolve os mesmos tipos de mecanismos. Em cada caso, o início da replicação do DNA condiciona a célula a continuar o processo até que o genoma inteiro tenha sido replicado. A. Separação das d uas fitas complem entares do DNA Para que as duas fitas parentais do DNA duplo-helicoidal sejam replicadas, elas precisam primeiramente separar-se (ou "fundirem"), pelo menos em uma pequena região, pois a polimerase usa somente DNA de fita simples como molde. Em organ ismos procarióticos, a replicação do DN A inicia em uma Y.o ica e especial seqüência nucteQ!i.Qica - um sítio chamado de origem da replicação (Figura 29.9A). Nos eucariotos, a replicação inicia em múltiRios sítios ao loogO-da-l:lélice-de DNA (Figura 29.98 ). Esses sítios incluem uma seqüência curta, composta quase que exclusivamente de pares de bases AT. (Nota: Essa seqüência é denominada uma seqüência consenso, pois a ordem dos nucleotídeos é essencialmente a mesma em cada sítio.) Possuir múltiplas origens de replicação fornece um mecanismo para replicar rapidamente moléculas de DNA eucarióticas de grande tamanho.

DNA na form a B

DNA na f orma Z

Figura 29.7 Estruturas de B-ONA e Z-ONA.

B. Form açã o da forquilha de replicação Assim que as duas fitas desenrolam-se e separam-se, elas formam um "V", onde ocorre a síntese ativa. Esta região é chamada de forquilha de replicação. Ela se move ao longo da molécula de DNA enquanto ocorre a síntese. A replicação de DNA de fita dupla é bidirecional - ou seja, as forquilhas de replicação movem-se em ambas as direções, partindo da origem (veja a Figura 29.9). 1.

Proteínas necessárias para a separação das fitas de DNA. O início da replicação do DNA requer o reconhecimento do sítio de origem da repl icação e/ou da forquilha de repl icação por um grupo de proteínas que formam o complexo pré-iniciador. Essas proteínas são responsáveis por manter a separação das fitas parentais e por desenrolar a dupla hélice à frente da forqu ilha de replicação em progressão. Entre essas proteínas, inclu em-se as seguintes: a.

Proteína DnaA. De 20 a 50 monômeros da prote ín a DnaA ligamse a seqüências nucleotídicas específicas na origem da replicação, a qual é particularmente rica em pares de bases AT. Esse processo dependente de ATP induz a desnaturação do DNA de fita dupla - ou seja, as fitas separam-se, formando regiões localizadas de DNA de fita simples.

b.

Proteínas de l igação a DNA de fita s imples (SSB , de sing/estranded DNA-binding proteins). Também chamadas de proteínas desestabil izadoras de hélic e, elas se ligam somente ao DNA de fita simples (Figura 29.1 0). Essas proteínas ligam-se cooperat ivamente - o u seja, a ligação de uma molécula da proteína SSB facilita que moléculas adicionais da proteína SSB liguem-se firmemente à fita de DNA. As proteínas SSB não são enzimas; elas servem para a lterar o equilíbrio entre o DNA de fita dupla e o de fita simples no sentido das formas de fita simples. Essas proteínas não somente mantêm as duas fitas de DNA separadas na área da origem da replicação, fornecendo dessa forma o molde de fita simples necessário para as polimerases, mas também protegem o DNA das nucleases que clivam o DNA de fita simples.

Fitas

Dupla hélice parental

Uma fita parental é conservada em cada uma das duas novas duplas hélices

Figura 29.8 Replicação semiconservativa do DNA.


398

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Múltiplas origens de replicação

Abertura l ocal da dupla hélice

Forquilha de replicação

t

Forquilha de replicação

ot

Replicação bidireci onal prossegue

+

Figura 29.9 Replicação do DNA: origens e forquilhas de replicação. A. Pequeno DNA circular procariótico. 8. DNA eucariótico muito longo. c.

A DNA-helicase

2.

Figura 29 .10 Proteínas responsáveis pela manutenção da separação das fitas parentais e pelo desenrolamento da dupla hélice à frente da forqui lha de replicação em progressão.

DNA-helicases. Essas enzimas ligam-se ao DNA de fita simples próximo à forquil ha de re plicação e então move m-se para a vizinhança da região de fita dupla, forçando as fitas a separarem-se, desenrolando, dessa forma, a dupla hélice. As helicases necessitam de energia, que é forn ecida pelo AT P. Qua ndo as fitas se separam, ás proteínas SSB ligam-se, impedindo que a dupla hélice volte a se formar (veja a Figura 29.10).

Resolvendo o problema das supertorções. Assim que as duas fitas da dupla hélice são separadas, surge um problema: o aparecimento de superto rções positivas (ta mbé m chamad os de superenrolamentos) na reg ião de DNA à fre nte da forqu ilha de replicação (Figura 29. 11). O acúmulo de supertorções positivas interfere com o desenrolamento adicional da dupla hélice. (Nota: A supertorção pode ser demonstrada prendendo-se uma extremidade de um cordão de te lefon e enquanto se enrola a outra extremidade. Se o cordão é enrolado na direção do tencionamento das espirais, e le se enrola rá sobre si mesmo no espaço, formando supertorções positivas. Se o cordão for torcido na direção do afrouxamento das espirais, ele se enrolará sobre si mesmo na direção oposta, formando s upertorções negativas .) Para resolve r esse p roblema, existe um grupo de enzimas chamadas d e DNA-topoisomerases, as quais são responsáveis por remove r as superto rções na hélice. a.

As DNA-topoi somerases tipo I cortam de maneira reversível uma única fita na d upla hélice. Elas apresentam as atividades de nuc lease (corte das fitas) e de ligase (ligação das fitas).


Bioquímica Ilustrada

399

Essas enzimas não necessitam de ATP e parecem estocar a energia das ligações fosfodiéster que clivam, reutilizando a energia para ligar novamente a fita (Figura 29.12). Cada vez que um "corte" transitório é criado em uma fita de DNA, a fita de DNA intacta é passada através da quebra antes que seja novamente ligada, dessa forma abrandando ("relaxando") as supertorções acumuladas. As topoisomerases tipo I relaxam supertorções negativas (ou seja, aquelas que contêm um número menor de voltas na hélice que o DNA relaxado) na E. coli, e ambas as supertorções, negativas e positivas (ou seja, aquelas que contêm um número menor ou maior de voltas da hélice que o DNA relaxado), nas cé lulas eucarióticas. b.

As DNA-topoisomerases tipo 11 ligam-se fortemente ao DNA de dupla hélice e fazem cortes transitórios em ambas as fitas. A enzima induz, a seguir, um segundo estiramento da dupla hélice do DNA para passá-la através da quebra e, por fim, refaz a ligação (Figura 29.13) . Como resultado, ambas as supertorções podem ser abrandadas. As topoisomerases tipo 11 são também necessárias, tanto em procariotos como em eucariotos, para a separação das moléculas de DNA encadeadas após a rep licação cromossômica. (Nota: Agentes anticâncer, como o etoposide3 , atuam sobre a topoisomerases tipo//.) A DNA-girase, uma topoisomerase tipo 11 encontrada em E coli, possui a propriedade incomum de ser capaz de introduzir supertorções negativas em DNA circular relaxado, usando energia da hidrólise do ATP. Isso facilita a repl icação futura do DNA, pois as supertorções negativas neutralizam as supertorções positivas, introduzidas durante a abertura da dupla hélice. Esse mecanismo também permite a separação trans itória das fitas, necessária durante a transcrição (veja a pág . 416) . (Nota: A DNA -girase bacteriana é o a lvo singular para um grupo de agentes antimicrobianos chamado de quinolonas, como por 4 exemplo a ciprofloxacina . }

Figura 29.11 Supertorção positiva resultante da separação das fitas de DNA.

~Corto~ :::ttJ:1::::=mc ~ A

r--- - - - -c_o..,rt"e religado

Figura 29.12 Ação das DNA-topoisomerases tipo I.

C. Direção da replicação do DNA As DNA-polimerases responsáveis pela cópia dos moldes de DNA são capazes de "ler" as seqüências nucleotídicas parentais apenas na direção 3'-t5' e sintetizam as novas fitas de DN A na direção 5'-t3' (antiparalela). Portanto, começando com uma dupla hélice parenta l, as duas regiões recém-sintetizadas de cadeias nucleotídicas devem crescer em direções opostas - uma na direção 5' -t3'. no sentido da forq uilha de replicação, e a outra na direção 5'-t3', contrária à forquilha de replicação (Figura 29.14}. Essa proeza é executada por um mecanismo que difere um pouco em cada fita. 1.

Fita contínua. A fita que está sendo copiada na direção do avanço da forquilha de replicação é chamada de fita contínua e é sintetizada quase que ininterruptamente.

2.

Fita descontínua. A fita que está sendo copiada na direção contrária à forquilha de replicação é sintetizada com interrupções, com pequenos fragmentos de DNA sendo copiados perto da forquilha de replicação. Essas pequenas regiões de DNA descontínuo, denomina-

3

Veja o Capítulo 40 de Farmacologia Ilustrada (3" edição) e o Capítulo 38 (2° edição) para uma discussão da droga etoposide como um agente anticâncer.

Veja o Capítulo 34 de Farmacologia Ilustrada (3• edição) e o Capítulo 32 (2" edição) para uma discussão sobre quinolonas.

supertorcido negativamente

1:11 1:11

A metade anterior da hélice passa através do corte, o qual é religado.

Figura 29.13 Ação da DNA-topoisomerase tipo 11.


400

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Fita descontínua

Fita contínua

Origem da replicação I

3 '11 11~ ·$ ~: ~ ~ 1111 5'

r ~ 1111,.::::>

s·llll~ ~

torquilha

d~

3

5'

.

3' I

~'----.,.---./

replicaçãj

Fita contínua

Fita descontínua

Figura 29.14 Síntese descontínua de DNA. das fragmentos de Okazaki, são por fim unidas para tornarem-se uma única e contínua fita. A nova fita de DNA produzida por esse mecanismo é denominada de fita descontínua.

~ ®

D. Iniciador de RNA

t)f ®

Iniciador de RNA

OH

ty OH OH

p

(extremidade 3'-0H livre da ribose

p

8

DNA-polimerase p p

p

OH

Primase. Uma RNA polimerase específica, denominada primase, sintetiza essas pequenas regiões de RNA (com aproximadamente 10 nucleotídeos de comprimento), que são complementares e antiparalelas ao molde de DNA. No híbrido dúplex res ultante, o U no RN A pareia-se com o A no DNA. Como indicado na Figura 29.16, essas pequenas seqüências de RNA estão constantemente sendo sintetizadas na forquilha de replicação para a fita descontínua, mas somente uma seqüência de RNA é necessária na origem da replicação para a fita contínua. Os blocos constitutivos para esse processo são os ribonucleosídeos 5'-trifosfato, sendo que um pirofosfato é liberado a cada ligação fosfodiéster formada. (Nota: O iniciador de RNA é removido posteriormente, como descrito na pág. 402.)

2.

Primossomo. Antes de iniciar a síntese do iniciador de RNA sobre a fita descontínua, um complexo pré-iniciador, formado por várias proteínas, é montado e liga-se ao DNA de fita simples, deslocando algumas das proteínas de ligação a DNA de fita simples. Esse complexo de proteínas, mais a primase, é denominado primossomo. Ele inicia a formação dos fragmentos de Okazaki, movendo-se ao longo do molde para a síntese da fita descontínua na direção 5'~3 ' , e reconhecendo, periodicamente, seqüências específicas de nucleotídeos que o direcionam a criar um iniciador de RNA, que é sintetizado na direção 5'~3' (antiparalela à cadeia de DNA que funciona como matriz).

H)

Oesoxlrribonucleotideo entrando

®

OH

ty

cbiC 2

1.

dCTP

t)f Ligação { p fosfodiéster / recém-formada

As DNA polimerases não conseguem iniciar a síntese de uma fita complementar de DNA a partir de um molde completamente de fita simples. Em vez disso, essas enzimas necessitam de um iniciador de RNA - ou seja , uma pequena região de fita dupla que consiste em um RNA pareado com o molde de DNA, com um grupo hidroxila livre na extremidade 3' da fita de RNA (Figura 29.1 5). Esse grupo hidroxila serve como um primeiro aceptor de um nucleotídeo por ação da DNA polimerase. Na síntese de novo de DNA, aquela hidroxila 3' livre é, assim, fornecida por uma pequena região de RNA, em vez de DNA.

OH

o

Oesoxirribose

OH H E. Alongamento da cadeia Figura 29.15 Uso de um iniciador de RNA para iniciar a síntese de DNA.

As DNA polimerases procarióticas e eucarióticas alongam uma fita nova de DNA pela adição de desoxirribonucleotídeos, um de cada vez, na extremidade 3' da cadeia em crescime nto (veja a Figura 29.16). A seqüência de


Bioquímica Ilustrada

/

401

Fita recém-sintetizada / ;{

Molde da fita contínua /

DNA-polimerase

~.--.__;{

/ ;{

Proteínas de ligação a ONA de fita simples (SSB) DNA-helicase

A DNA-polimerase III reconhece o iniciador de RNA e começa a sintetizar DNA

3' Fita descontinua 5'

Iniciador de ANA

Figura 29.16 Alongamento das fitas contínua e descontínua.

nucleotídeos adicionados é ditada pela seqüência de bases da fita-molde, com a qual são pareados os nucleotídeos que são adicionados. 1.

DNA-polimerase III. O alongamento da cadeia de DNA é catalisado pela DNA-polímerase III. Utilizando o grupo hidroxila 3' do iniciador de ANA como aceptor do primeiro desoxirribonucleotídeo, a DNA-polimerase III começa a adicionar nucleotídeos ao longo do molde de fita simples que especifica a seqüência de bases da cadeia recém-sintetizada. A DNA-polimerase III é uma enzima altamente "processadora"- ou seja, permanece ligada à fita-molde enquanto se move ao longo dela, e não precisa se desligar e ligar novamente ao adicionar cada novo nucleotídeo. A nova fita cresce na direção 5' -73', antiparalela à fita parental (veja a Figura 29.16) . Os nucleotídeos utilizados como blocos constitutivos são os desoxirribonucleosídeos 5'-trifosfato. Um pirofosfato (PP;) é liberado a cada novo nucleotídeo adicionado à cadeia em cresci mento (veja a Figura 29.1 5). (Nota: A hidrólise posterior do pirofosfato, produzindo dois fosfatos, significa que um total de duas ligações de alta energia são usadas para impulsionar a adição de cada desoxirribonucleotídeo.) Todos os quatro desoxirribonucleosídeos trifosfato {dATP, dTTP, dCTP e dGTP) devem estar presentes para ocorrer o alongamento do DNA. Se um dos quatro estiver em quantidade reduzida, a síntese de DN A será interrompida quando aquele nucleotídeo estiver esgotado.

2.

Revisão de erros no DNA recém-sintetizado. É altamente importante para a sobrevivência de um organismo que a seqüência do DNA seja replicada com o menor número de erros possível. Uma leitu ra errônea da seqüência-molde poderia levar a mutações deletérias, talvez letais. Para garantir a fidelidade da replicação, a DNA-polimerase III possui , além da sua atividade de polímerase 5'-73', uma atividade de "edição" (exonuc/ease 3'-75', Figura 29.17). Assim que cada nucleotídeo é adicionado à cadeia, a DNA-polimerase III faz uma checagem para asse-


402

B

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

m

FUNÇÃO DE POLIMERASE

DNA-

FUNÇÃO DE EDIÇÃO

Um nucleosideo trifosfatado sendo incorporado é colocado corretamente, pareando com sua base complementar no molde de DNA e é adicionado à cadei a de DNA em crescimento.

Se a DNA-po/imerase parear erroneamente um nucleotideo com o molde, ela utiliza a sua atividade ex onucleásica 3'--? 5' para retirar o nucleotideo não-pareado.

Atividade de ONApolimerase 5'--?3'

Molde de DNA

3' 3'

5'

5'

5'

Fita recémsintetizada

Figura 29.17 A atividade de exonuc/ease 3 '---?5 ' possibilita que a DNA -polimerase III possa "corrigir erros" (editar) na fita de DNA recémsintetizada.

gurar que o nucleotídeo adicionado seja, de fato, aquele que combina corretamente com sua base complementar na fita matriz. Se não for, a atividade exonuclease 3'---?5' edita o erro. (Nota: Essa atividade enzimática necessita de um pareamento de bases inapropriado na extremidade 3'-hidroxila e, portanto, não degrada seqüências corretamente pareadas de nucleotídeos.) Por exemplo, se uma base do molde é uma citosina e a enzima erroneamente insere uma adenina em vez de uma guanina na nova cadeia, a exonuclease 3'---?5' remove hidrol iticamente o nucleotídeo não-pareado. A polimerase 5 '---?3' então o substitui com o nucleotídeo correto contendo guanina (veja a Figura 29. 17) . (Nota: A atividade de edição necessita de uma exonuclease que se mova na direção 3 '---?5 ', e não 5 '---?3 ', como a atividade da polimerase. Isso ocorre porque a excisão deve ser realizada na direção reversa em relação à da síntese.)

As exonucleases clivam a partir da extremidade da cadei a, liberando nucleotideos individuais.

s·~~~:;'} A C G A T C A 3

11 III III 11 11 III 11 , T G C T A G T , 5

F. DNA de tita dupla

A excisão dos iniciadores de ANA e sua substituição por DNA A DNA-polimerase III continua a sintetizar DNA na fita descontínua até que seja bloqueada pela p roximidade de um iniciador de RNA. Quando isso ocorre, o RNA é retirado e a lacuna é preenchida pela DNA-polimerase I.

1. Atividade exonucleásica 5' ---?3'. Além de possuir a atividade de poliAs endonucleases c livam no interior da cadeia, produzindo cortes de fita simples.

Figura 29.18 Atividades de endonuclease versus exonuclease.

merase 5'---?3 ', que sintetiza DNA, e a atividade de exonuclease 3'---?5', que corrige erros na cadeia de DNA recém-sintetizada , assim como a DNA-polimerase III, a DNA-polimerase I também possui uma atividade de exonuclease 5'---? 3', que é capaz de remover hidroliticamente o iniciador de RNA. (Nota: Essas atividades são de exonucleases porque elas removem um nucleotídeo de cada vez a partir da extremidade da cadeia de DNA, em vez de clivá-lo internamente como fazem as endonucleases [Figura 29. 18).) Inicialmente, a DNA polimerase I demarca o espaço ("corte") entre a extremidade 3' do DNA recém-sintetizado pela


403

Bioquímica Ilustrada

3'

5' Fita continua

O

O iniciador de RNA é alongado pela DNA-polimerase III, até que outra região de RNA seja encontrada.

~ O iniciador de RNA é retirado

E:J pela DNA-polimerase /, um nucleotfdeo de cada vez.

5'

Iniciador de ANA

ONA s intetizado pela DNA polimerase III Fita descontínua

J'

5'

~\ ~

~\

ONA sintetizado pela DNA polimerase I

Figura 29.19 Remoção do iniciador de RNA e preenchimento das "lacunas" resu ltantes pela DNA-polimerase I.

DNA-polimerase III e a extremidade 5' do iniciador de RNA adjacente. A seguir, a DNA-polimerase I remove hidroliticamente os nucleotídeos de RNA "à frente" de si, moven do-se na direção 5 ' ~3 ' (atividade exonucleásica 5 '~3'). Enquanto remove o RNA, a DNA-polimerase I o substitui com desoxirribonucleotídeos, sintetizando DNA na direção 5' ~3' (atividade polimerásica 5' ~ 3 ' ). Enquanto sintetiza o DNA, ela também "faz a edição" da nova cadeia, usando a atividade exonucleásica 3'~5'. Esse processo de remoção/síntese/edição continua, um nucleotídeo de cada vez, até que o RNA seja totalmente degradado e a lacuna seja preenchida com DNA (Figura 29.19}.

2.

Diferenças entre as exonucleases 5 '~3' e 3'~5'. A atividade de exonuclease 5'~3' da DNA-polimerase I difere da exonuclease 3'~ 5 ' utilizada por ambas DNA-polimerases, I e III, por duas importantes razões. Primeiro, a exonuclease 5'~ 3' pode remover um nucleotídeo de cada vez da região de DNA que está apropriadamente pareada. Os nucleotídeos que ela remove podem ser tanto ribonucleotídeos como desoxirribonucleotídeos. Segundo, a exonuclease 5'~3 ' pode também remover grupos de nucleotídeos alterados no sentido 5' ~3', removendo de 1 a 1O nucleotídeos de cada vez. Essa capacidade é importante no reparo de alguns tipos de DNA danificados.

G. DNA-Iigase A ligação fosfodiéster final entre o grupo 5'-fosfato na cadeia de DNA sintetizada pela DNA-polimerase III e o grupo 3'-hidroxila na cadeia produzida pela DNA-polimerase I é catalisada pela ONA-Iigase (Figura 29.20). A jun-

3'

5'

A

T

T

G

C

11

11

11

III

III

A 11

T

A

A

C

G

T

5'~-oH~3' h 20 3 PO

DNA-Iigase~ATP AMP+ PP; H20

A

T

T

G

C

11

11

11

III

III

T

A

A

HC

G

A 11

T

~ ~ IQPO " ' " ' "'3' "-J "'' "'' o oJ ""~ ""~ .

5'

Figura 29.20 Formação de uma ligação fosfodiéster pela DNA-Iigase.


404

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

ção dessas duas regiões de DNA necessita de energia, a qual, nos humanos, é fornecida pela clivagem de ATP em AMP+ PP,.

Células que se reativam Mitose

(}' Gap1

IV.

~GO

Células que pararam de se dividir

REPLICAÇÃO DO DNA EUCARIÓTICO

O processo de replicação do DNA eucariótico segue de maneira muito semelhante à síntese de DNA procariótico. Algumas diferenças já foram discutidas, como as múltiplas origens de replicação nas células eucarióticas contra origens de replicação únicas em procariotos. Proteínas eucarióticas de ligação a DNA de fita simples e DNA-he/icases dependentes de ATP têm sido identificadas, sendo suas funções análogas às das enzimas procarióticas discutidas anteriormente. Por outro lado, os iniciadores de RNA são removidos pela RNAase H. A. O ciclo celular eucariótico

Figura 29.21 O ciclo celular eucariótico.

POLIMERASE

FUNÇÃO

EDIÇÃO

• Contém primase • Inicia a síntese de DNA

-

Pol f3

• Reparo

-

Poi"y

e Replica o DNA

+

Pal a

mitocondrial

Pol õ

• Alonga as fitas continuas e os fragmentos de Okazaki

+

Pol e

• Reparo

+

Os eventos que circundam a replicação do DNA eucariótico e a divisão celular (mitose) são coordenados para produzir o ciclo celular (Figura 29.21 ). O período que precede a replicação é chamado de fase G1 (Gap1 ). A replicação do DNA ocorre durante a fase S (síntese). Após a síntese de DNA, existe outro período (fase G2, Gap2) antes da mitose (M). As células que pararam de se dividir, como os neurônios maduros, são consideradas como tendo saído do ciclo celu lar para a fase GO. (Nota: Algumas célu las deixam a fase GO e retornam ao início da fase G1 para recomeçar as divisões.) B. DNA-polimerases eucarióticas Pelo menos cinco classes de DNA-polimerases eucarióticas foram identificadas e categorizadas com base nos seus pesos moleculares, localização celular, sensibilidade a inibidores e moldes ou substratos nos quais elas atuam. Elas são designadas por letras gregas, em vez de números romanos (Figura 29.22). 1.

Pol a e pol õ. Pol a é uma enzima que contém múltiplas subunidades. Uma unidade possui a atividade de primase, a qual inicia a síntese na fita contínua e também inicia cada frag mento de Okazaki na fita descontínua. A subunidade primase sintetiza um pequeno iniciador de RNA, que é alongado pela atividade de polimerase 5'-73' da pol a, a qual adiciona um pequeno pedaço de DNA. A pol õ é então recrutada para completar a síntese do DNA na fita contínua e alongar cada um dos fragmentos de Okazaki, usando também a sua atividade exonuc/eásica 3'-75 ' para editar o DNA recém-sintetizado.

2.

Pol p, pol E e pol y. A pol p e a pol E estão envolvidas no reparo do DNA (veja a seguir). A pol y replica o DNA mitocondrial.

Figura 29.22 Atividades das DNA-polimerases eucarióticas (pois).

S~c. Telomerase As células eucarióticas deparam-se com um problema especial na replicação das extremidades de suas moléculas de DNA lineares. Após a remoção do iniciador de RNA da extremidade 5' final da fita descontínua, não existe maneira de preencher a lacuna remanescente com DNA. Para resolver esse problema e proteger as extremidades dos cromossomas do ataque de nucleases, seqüências não-codificantes de DNA formando complexos com proteínas são encontradas nessas extremidades. Chamados de telômeros, o seu DNA consiste em seqüências repetitivas de T e G (T.GY, onde x e y normalmente variam de um a quatro), pareadas com uma cadeia complementar de A e C. A fita TG é mais longa que o seu complemento, deixando


405

Bioquímica Ilustrada

uma reg1ao de DNA de fita simples na extremidade 3' da dupla hélice, região esta que possui algumas poucas centenas de nucleotídeos de extensão. A região de fita simples dobra-se sob si mesma, formando uma estrutura que é estabilizada por proteínas. Esse complexo protege as extremidades dos cromossomas. Nas células que estão sofrendo o processo de envelhecimento (senescência), as extremidades dos seus cromossomas tornam-se um pouco menores a cada divisão celular, até que os telômeros desapareçam e o DNA essencial para a função celular seja degradado - um fenômeno relacionado com envelheci mento e morte celular. As células que não envelhecem (por exemplo, células da linha germinativa e células cancerosas) contêm uma enzima chamada de telomerase, que é responsável por refazer essas extremidades perdidas. A telomerase é um tipo especial de transcriptase reversa (veja a seguir), que carrega a sua própria molécula de RNA de aproximadamente 150 nucleotídeos de comprimento. Nesse RNA estão cópias da seqüência A/C complementar à seqüência repetida T/G. O RNA pareia-se com os nucleotídeos terminais da extremidade 3' do DNA (Figura 29.23). O RNA serve então como molde para a extensão da fita de DNA. Uma vez que a próxima seqüência repetida esteja completa, o RNA da telomerase é translocado para a extremidade recém-sintetizada do DNA, onde ela novamente forma pontes de hidrogênio e o processo é repetido.

~

~·~

Telômero

~

.

·--~

DNA eucarióti~~~-- -- -- Tel ômero""

.... .. - , ... -.. .......

-- --

---

,,""'

Fila recém-sintetizada com o iniciador de ANA terminal removido

O

A telomerase amplia a extremidade 3' do DNA.

O. Transcriptase reversa Um retrovírus, tal como o vírus da imuno deficiência humana (HIV), carrega o seu genoma na forma de moléculas de RNA de fita simples. Após a infecção de uma célula hospedeira , a enzima virai - a transcriptase reversa - usa o RNA como molde para a síntese do DNA virai , o qual torna-se então integrado aos cromossomas do hospedeiro5. Assim como todas as outras enzimas que sintetizam ácidos nucléicos, a transcriptase reversa move-se ao longo do molde na direção 3'~5 ' , sintetizando o produto de DNA na direção 5 '~3' . A falta de edição pela transcriptase reversa fornece uma explicação para a alta taxa de mutação desses vírus. (Nota: Em uma tentativa de impedir que uma infecção pelo HIV progrida para a síndrome da imunodefic iência adquirida [AIDS], os pacientes são normalmente tratados com inibidores nucleosídicos e/ou não-nucleosídicos da transcriptase reversa , juntamente com inibidores de protease [os quais inibem outra enzima de maturação do HIV], produzindo assim uma mistura ["coquetel"] que requer que o vírus desenvolva uma resistência múltipla para continuar a replicar-se6 .)

fJ

O iniciador de ( RNA é sintetizado pela primase.

O molde de ANA é parte da enzima telomerase.

5'

E. Inibição da síntese de DNA por análogos de nucleosídeo s O crescimento da cadeia de DNA pode ser bloqueado pela incorporação de certos análogos de nucleosídeos, que foram modificados na porção açúcar do nucleosídeo (Figura 29.24( Por exemplo, a remoção do grupo hidroxila do carbono 3' do anel de desoxirribose, como na 2',3'-didesoxiinosina (ddl), ou a conversão de desoxirribose em outro açúcar, como na arabinose, impede que o alongamento da cadeia prossiga. Bloqueando a replicação de DNA, esses compostos diminuem a divisão de células e vírus que crescem rapidamente. Por exemplo, a citosina arabinosídeo (citarabina, araC) tem sido usada como quimioterapia anticâncer, enquanto a adenina •

Veja a pág. 361 de Microbiologia Ilustrada para uma discussão acerca dos retrovírus.

Veja o Capítulo 39 de Farmacologia Ilustrada (3• edição) e o Capítulo 37 (2• edição) para uma discussão acerca da terapia contra o HIV.

7

Veja o Capítulo 40 de Farmacologia Ilustrada (3• edição) e o Capítulo 38 (2° edição) para uma discussão sobre análogos de nucleosídeos.

t ; AGGGTT

s

~ TCCCAA

3' TCCCAA TCCCAA

5'

Fi gu ra 29.23 Mecanismo de ação da telomerase.


406

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

arabinosídeo (vidarabina, araA) é um agente antiviral. A modificação química da porção açúcar, como observado na zidovudina (AZT), alcança o mesmo objetivo de terminação do alongamento da cadeia de DNA. (Nota: Essas drogas são normalmente fornecidas como nucleosídeos, os quais são então convertidos em nucleotídeos ativos por enzimas de "salvação" celulares [veja a pág. 294].)

AZT (Zídovudlna)

Timidina (nucleosídeo de ocorrência natural)

OH ddl (Dídanoslna)

Desoxiadenosina (nucleosídeo de ocorrência natural)

Figura 29.24 Exemplos de análogos de nucleosídeos que não possuem um grupo hidroxila em 3'.

Centro nucleossômico (H2A, H2B, H3, H4)2

V.

ORGANIZAÇÃO DO DNA EUCARIÓTICO

Uma célula humana típica contém 46 cromossomas, cujo DNA total é de aproximadamente um metro de comprimento! É difícil imaginar como uma quantidade de material genético tão grande pode se r efetivamente empacotada em um volume do tamanho de um núcleo celu lar, de maneira que possa ser eficientemente repl icado e sua informação genética expressa. Para isso acontecer, é necessário ocorre r a interação do DNA com um grande número de proteínas, cada uma das quais desempenhando uma função específica no empacotamento ordenado dessas longas moléculas de DNA. O DNA eucariótico está associado com proteínas básicas fortemente ligadas, chamadas de histonas. Elas servem para ordenar o DNA em unidades estruturais básicas, denominadas nucleossomos, que se assemelham a contas em um colar. Os nucleossomos estão arranjados adicionalmente em estruturas de complexidade cada vez maior, que organizam e condensam as longas moléculas do DNA nos cromossomos, os quais podem ser segregados durante a divisão celular. A . As h istonas e a formação dos nucleossomos Existem cinco tipos de histonas, denominadas H1 , H2A, H2B, H3 e H4. Essas pequenas proteínas estão carregadas positivamente em pH fisiológico, como resultado do seu alto conteúdo de lisina e arginina. Devido a sua carga positiva, elas formam ligações iônicas com o DNA carregado negativamente. As histonas, juntamente com íons positivamente carregados como o Mg-, ajudam a neutralizar os grupos fosfato negativamente carregados do DNA. 1.

Nucleossomos. Duas moléculas de cada uma das H2A, H28, H3 e H4 formam o centro estrutural das "contas" nucleossômicas individuais. Ao redor desse centro, um segmento de DNA de dupla hélice está enrolado aproximadamente duas vezes, formando uma hélice superenrolada negativamente (Figura 29.25). (Nota: As extremidades N-terminais das três histonas podem ser acetiladas, metiladas ou fosforiladas. Essas modificações reversíveis podem influenciar o quão fortemente as histonas ligam-se ao DNA, dessa forma afetando a expressão de genes específicos.) Nucleossomos vizinhos são unidos por um DNA "ligante" de aproximadamente 50 pares de bases de comprimento. A histona H1 , da qual existem vá rias espécies relacionadas, não é encontrada no centro nucleossômico, mas, por outro lado, liga-se à cadeia de DNA ligante, entre as contas nucleossômicas. H1 é a histona co m maior especificidade quanto ao tecido e quanto à espécie. Ela facilita o empacotamento dos nucleossomos em estruturas mais compactas.

2.

Níveis mais elevados de organização. Os nucleossomos podem ser empacotados mais firmemente, formando um polinucleossomo (também chamado de nucleofilamento). Essa estrutura assume a forma de uma corda, freqüentemente referida como uma fibra de 30 nm. A fibra é organizada em alças, que estão ancoradas por um suporte nuclear

Hlstona H1

Figura 29.25 Organização do DNA humano, ilustrando a estrutura dos nucleossomos.


Bioquímica Ilustrada

1:'11

1::,1

o

Nucleofilamento (fibra de 30 nm)

ONA nu (todas as h istonas foram removidas) Histona H1

Figura 29.26 Organização estrutural do DNA eucariótico.

que contém várias proteínas. Níveis adicionais de organização levam à estrutura cromossômica final. (Figura 29.26).

B. Destino dos nucleossomos durante a replicação do DNA Para replicar-se, a altamente estruturada e compactada cromatina precisa ser relaxada. Embora os nucleossomos sejam deslocados, a d issociação entre o centro nucleossômico e o DNA é incompleta, com todas as histonas parentais permanecendo fracamente associadas com apenas uma das fitas de DNA parentais. A síntese de novas histonas ocorre simultaneamente com a replicação do DNA, e os nucleossomos contendo as histonas recémsintetizadas associam-se com uma das novas hélices-filhas. Dessa forma, os octâmeros das histonas parentais são conservados.

VI.

REPARO DO DNA

Apesar do elaborado sistema de edição empregado durante a síntese do DNA, alguns erros - incluindo o pareamento incorreto de bases ou a inserção de um ou alguns poucos nucleotídeos extras- podem ocorrer. Além disso, o DNA está constantemente submetido a agressões ambientais, que causam a alteração ou a remoção de bases nucleotídicas. Os agentes causadores de danos podem ser tanto q uímicos, como por exemplo, o ácido nitroso, ou radiação, como por exemplo, a luz ultravioleta, que pode fusionar duas pirimidinas adjacentes uma à outra no DNA, e a radiação de alta energia, a qual pode causar quebras nas duas fitas. As bases são também alteradas ou perdidas espontaneamente do

ONA

407


408

:: I

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

m~ ~ Dímero de pirimidina

/í!

11 : 1

5' 3'

Endonuclease UV específica (excinuclease)

LI

3' ..,...,.....,-T-,.....,....,I"'""''I"'"'t"""T-r-r-r-- 5' 5'

I I I I I I Corte ..?f

I I I I

3'

"-. Corte

DN A de mam íferos, em uma taxa de muitos milhares por célu la por dia. Se o dano não for reparado, uma mutação permanente poderá ser introduzida, a qual poderá resultar em uma série de efeitos deletérios, incluindo a perda do controle sobre a proliferação da célula mutada, levando ao câncer. Por sorte, as células são altamente eficientes na reparação dos erros e de outros danos em seu DNA. A maioria das enzimas reparadoras está envolvida no reconhecimento da lesão, retirando a seção danificada da fita de DNA e - usando a fita-irmã como molde - preenchendo a lacuna deixada pela excisão do DNA anormal. A . Sistema de reparo de erros direcionado pela fita de DNA

Remoção do oligonucleotídeo danificado

Algumas vezes, os erros de replicação escapam da função de edição durante a síntese de DNA, causando um erro de uma a várias bases. 5' 3'

I •

1.

Identificação da fita com erros. Quando um erro ocorre, as proteínas que devem identificar e remover o(s) nucleotídeo(s) mal pareado(s) devem ser capazes de discriminar a fita-molde e a fita recém-sintetizada que contém o erro. Isso é feito com base no fato de que as seqüências GATC, as quais ocorrem a aproximadamente um em cada mil nucleotídeos, são metiladas no resíduo da adenina. Essa metilação é feita imediatamente após a síntese, de maneira que a fita recémsintetizada é temporariamente hemimetilada (ou seja, .a fita~al é -metilada, enquanto a fita recém-sintetizada não é).

2.

Reparo do DNA danificado. Quando a fita nova contendo o erro é identificada, uma endonuclease a cliva, e a(s) base(s) errônea(s) é/ são removida(s). A lacuna deixada pela remoção do(s) nucleotídeo(s) errôneo(s) é preenchida, usando a fita-irmã como molde, por uma DNA-polimerase 5' ~3' (DNA-polimerase I em E. co/1). A hidroxila 3' do DNA recém-sintetizado é unida ao fosfato 5' da região restante da fita de DNA original pela DNA-/igase (veja a pág. 403). (Nota: Um defeito no reparo de erros, em humanos, mostrou ser a causa do câncer de colo hereditário não-polipóide [HNPCC, de hereditary nonpolyposis colon câncer], uma das mais comuns formas de câncer herdável.)

DNA·polimerase I

3' .,...T-r-l"'""''-,-r-r~"''""T-,....r-- 5' 5'

3'

Figura 29.27 Reparo por excisão de dímeros de pirimidina no DNA de E. coli.

B. Reparo de danos causados pela luz ultravioleta A exposição de uma célula à luz ultravioleta pode resultar na união covalente de duas pirimidinas adjacentes (normalmente timinas), produzindo um dímero. Esses dímeros de timina impedem a DNA-po/imerase de replicar a fita de DNA além do sítio de formação do dímero. Os dímeros de timina sofrem excisão, em bactérias, conforme ilustrado na Figura 29.27. Uma via semelhante está presente em humanos.

Figura 29.28 Paciente com xeroderm a pigmentoso.

1.

Reconhecimento e excisão de dímeros por uma endonuclease UV específica. Inicialmente, uma endonuclease UV específica (chamada de excinuclease uvrABC) reconhece o dímero e cliva a fita danificada nas ligações fosfodiéste r em ambos os lados, 5' e 3', do dímero. O oligonucleotídeo lesionado é liberado, deixando uma lacuna na fita de DNA que anteriormente continha o dímero. Essa lacuna é preenchida usando o mesmo sistema de reparo descrito anteriormente.

2.

Radiação ultravioleta e câncer. Os dímeros de pirimidina podem ser formados nas cé lulas da pele de humanos expostos à luz solar sem proteção. Na rara doença genética xeroderma p igmentoso, as células não podem reparar o DNA danificado, resultando em um grande acú-


Bioqu ímica Ilustrada

mulo de mutações e, conseqüentemente, em câncer de pele (Figura 29.28). A forma mais comum dessa doença é causada pela ausência da excinuclease UV específica.

)

.I

C. Correção de alterações nas bases (reparo por excisão de bases) As bases do DNA podem ser alteradas, tanto espontaneamente, como no caso da citosina - a qual lentamente sofre desaminação (a perda de um grupo amino) para formar uracila - , ou pela ação de compostos de desaminação ou alquilação. Por exemplo, o ácido nitroso, que é formado pela célula a partir de precursores, tais como nitrosaminas, nitrilos e nitratos, é um potente composto que desamina citosina, adenina e guanina. As bases também podem ser perdidas espontaneamente. Por exemplo, cerca de 10.000 bases púricas são perdidas dessa maneira por célula por dia. Lesões envolvendo alterações nas bases ou perdas de bases podem ser corrigidas pelos seguintes mecanismos (Figura 29.29). 1.

Remoção das bases anormais. Bases anormais, como a uracila , que pode ocorrer no DNA tanto pela desaminação da citosina como pela incorporação inadequada de dUTP em vez de dTTP durante a síntese de DNA, são reconhecidas por glicosilases específicas, que as clivam hidroliticamente do esqueleto de desoxirribose-fosfato da fita . Isso produz um s ítio apirimídico (ou apurínico, se uma purina for removida), referido como um sítio AP.

3' ···•·· T G C A G T G

.j

Reconhecimento e reparo de um sítio AP. Endonucleases AP específicas reconhecem que uma base está faltando e iniciam um processo de exci são e preenchimento de lacunas, fazendo um corte endonucleotídico junto ao lado 5' do sítio AP. Uma desoxirribose-fosfato-liase remove o resíduo isolado e vazio de açúcar-fosfato. A DNA-polimerase (poli em E. col1) e a DNA-Iigase completam o processo de reparo.

D. Reparo das quebras na fita dupla Radiação de alta energia e rad icais livres oxidativos (veja a pág. 145) podem causar quebras na fita dupla do DNA, as quais são potencia lmente letais para a célula. As quebras na fita dupla também ocorrem naturalmente, durante os rearranjos gênicos. Quebras de DNA de fita dupla não podem ser corrigidas pela estratégia descrita previamente, de fazer a excisão do dano em uma fita e usar a fita que pe rma neceu como molde para reco locar o(s) nucleotídeo (s) que está(ão) falta ndo. Em vez, disso, quebras na fita d upla são reparadas por dois sistemas. O primeiro é o reparo pela junção de extremidades não-homólogas, no qual as extremidades de dois fragmentos de DNA são reunidas por um grupo de proteínas que efetuam a sua ligação. Esse sistema não necessita que as duas seqüências possuam q ua lquer homologia de seqüência. Entretanto, esse mecanismo de reparo, que é o pri ncipal mecanismo de reparo em humanos, é sujeito a erros e mutagênico. Defeitos nesse sistema de reparo estão associados com pred isposição ao câncer e síndro mes de imunodeficiências. O segundo sistema de reparo, o reparo por recombinação homóloga, usa as enzimas que normalmente desencadeia m recombinação genética entre cromossomas homólogos durante a meiose. Esse sistema é usado predominantemente pelos e ucariotos inferio res para reparar as quebras na fita dupla.

3'

Desaminação

NH3 ~~ espontãnea

3' -""'---.

TG CAGTG

~

mm~

~ ~

------ 5'

m

A C GT U A C

5'

.J

3'

Uracii·N·

U ~t glicosila se

3 ' •••••• T G C A G T G .• • • •. 5' 11 ~I III 11 A C G T

5' 2.

------5'

11 III III 11 III 11 III AC G T C AC

5'

409

11 III A C

3'

l

Endonuc/ease apirimídica

3' -----5' •

TGCAGT G ~ III III 11 11 III AC GT AC

----- 5'

3'

l

Desoxirribosefosfato-liase

3 '······ T G C A G T G •••••• 5' 11 III III 11 ACGT

5'

DNA-pollmerase eDNA-IIgase

11 III AC

3'

~ dCTP PP;

3' . - • - --

5'

TG CAG T G 11 III III 11 III 11 III ACGTCAC

- - - - - 5'

Figura 29.29 Correção de alterações em bases.

3'


41 O

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

VIl.

RESUMO DO CAPÍTULO

O DNA contém muitos monodesoxirribonucleotídeos covalentemente unidos por ligações 3' --->5' fosfodiésteres. As cadeias longas e não-ramificadas resultantes possuem polaridade, com uma extremidade 5' e uma extremidade 3'. A seqüência dos nucleotídeos é lida de 5' para 3' . O DNA existe como uma molécula de fita dupla, na qual as duas cadeias estão pareadas de maneira antiparalela e enrolam-se uma ao redor da outra, formando uma dupla hélice. A adenina pareia com a timina e a citosina pareia com a guanina. Cada fita da dupla hélice serve como molde para a construção de uma fita-filha complementar (replicação semiconservativa). A replicação do DNA começa na origem da replicação. As fitas são separadas localmente, formando duas forquilhas de replicação. A replicação do DNA de fita dupla é bidirecional. A helicase desenrola a dupla hélice. Assim que as duas fitas da dupla hélice são separadas, supertorções positivas são produzidas na região de DNA à frente da forquilha de replicação. As DNA-topoisomerases tipos I e 11 removem as supertorções. As DNA-polimerases sintetizam novas fitas de DNA, sempre na direção 5'---> 3'. Portanto, uma das regiões recém-sintetizadas de cadeias nucleotídicas precisa crescer na direção 5' --->3' aproximando-se da forquilha de repl icação (fita contínua) e a outra na direção 5' --->3' afastando-se da forqui lha de replicação (fita descontínua). As DNA-polimerases necessitam de um iniciador. O iniciador para a síntese de DNA de novo é uma curta região de ANA sintetizada pela primase. A fita contínua necessita somente de um iniciador de ARN, enquanto a fita descontínua necessita de muitos. O alongamento das cadeias de DNA na E. coli é catalisado pela DNA-polimerase III, usando desoxirribonucleotídeos 5'-trifosfatados como substratos. A enzima "edita" os DNA recém-sintetizados, removendo os nucleotídeos terminais mal pareados com a sua atividade exonucleásica 3' --->5'. Os iniciadores de RNA são removidos pela DNA-polimerase I, usando sua atividade exonucleásica 5'--->3'. As lacunas resu ltantes são preenchidas por essa mesma enzima. A ligação fosfodiéster final é catal isada pela DNA-Iigase. Existem pelo menos cinco classes de DNA-polimerases eucarióticas. A pol a é uma enzima com múltiplas subunidades, uma das quais é a primase. A atividade de polimerase 5'--->3' da pol a adiciona um pequeno pedaço de DNA ao iniciador de RNA. A pol 8 completa a síntese de DNA na fita contínua e alonga cada um dos fragmentos da fita descontínua usando a atividade de exonuclease 3' --->5' para a edição. A pol ~ e a pol E estão envolvidas com o "reparo" de DNA, e a pol y replica o DNA mitocondrial. Análogos de nucleosídeos, contendo açúcares modificados, podem ser usados para bloquear o crescimento da cadeia do DNA. Eles são úteis em quimioterapias anticâncer e antiviral. Telômeros são regiões de DNA altamente repetitivo, encontrados nas extremidades de cromossomas lineares. Com as divisões e o envelhecimento das células, essas seqüências são encurtadas, contribuindo para a morte celular. Nas células que não envelhecem (por exemplo, as células da linha germinativa e células cancerosas), a enzima telomerase recompõe os telômeros. Existem cinco classes de proteínas histonas positivamente carregadas. Duas moléculas de cada histona H2A, H2B, H3 e H4 formam um centro estrutural ao redor do qual o DNA é enrolado, criando um nucleossomo. O DNA conectando os nucleossomos, chamado de DNA ligante, está ligado à histona H1. Os nucleossomos podem ser empacotados mais fortemente, formando um nucleofilamento. Níveis adicionais de organização criam um cromossoma. A exposição de uma célula à luz ultravioleta pode formar dímeros de pirimidinas (normalmente timinas). Os dímeros de timina são removidos pela endonuclease UV específica (excinuclease uvrABC), e a lacuna resultante é preenchida pela DNA-polimerase I. Nos eucariotos, uma deficiência na excinuclease UV específica causa o xeroderma pigmentoso. Bases anormais ou mal pareadas podem ser removidas por um mecanismo semelhante.


Bioquímica Ilustrada

I

Estrutura do DNA '

Replicação do DNA I

consiste em

f [[ Desoxirribose

Fosfato em uma ligação diéster

t

l

• • •

e

r

Bases Adenina Timina Citosina Guanina

r

leva a

t

Superto rções positivas

[

I

:t

)

Novas fitas de DNA

DNA-topoisomerases

l

[

Iniciador de ANA

)

I

construída a partir de um

direção 5'---73'

I

resulttndo no

sintetizado por

J

[

Pol aridade I na qual a seqüência nucleotídica é lida a partir da

t

[

some;te na

[

i

)

'

as quais são removidas por

I

criando

A longamento bidirecional

J

(

envolvendo

l

t

I

I

t

~[

)

DNA polimerases

I

[

l

I

as quais sintetizam

na qual ca~a fita possui Orientação antiparalela

• Helicase e Proteínas de li gação a DNA de fita s imples

facilitjda por

I

J

Molécula helicoidal de fita dupla

I

~

I

Separação local das fita s

[

forman:ouma

!

I

permitindo a ligação de

Desox irribonucl eotídeos

r

Forquilha de replicação

levafdoà

na fora de

I

r

inicia-s; em uma

+

I

I

411

Ambas as fitas da dupla hélice

t

Primase

l

I

as quais servem como e.ara a

[ extremidade 5']

• [ extremidade 3')

[

Mo!des

l

para produzir

t

I

I

pode tornar-se

estabilizjda por

Duas fitas-filh as complementares

um processo

r

I denominado

I

I

Replicação semiconservativa

consistindo em

I

t

t

lnterações hidrofóbicas entre as bases empilhadas

Pontes de hidrogênio entre os pares de bases

r

[

[

Ti mina

Direção 5'-->3', aproximando-l i Direção 5'-->3' af astando- ,] se da forquilha de replicação se da forquilh a de replicação

necessita [somente um iniciador de AN A]

[

Citosina

1

que p;;ieia com

r

I Guanina )

( Desnaturação )

1

J

que pa'reia com

como 1 res ulta do de

l

sintetitada na

nectssita

t

[ Adenina

t Uma f ita descontínua

I

I

Replicação

Uma fita contínua

sintetitada na

I .. esp~C1f1camente

[

t

Fita simples

l

Figu ra 29.30 Mapa de conceitos-chave para a estrutura e a replicação do DNA.

[

Muitos inici adores de ANAl

I


412

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Questões para Estudo Escolha a ÚNICA resposta correta. 29.1 Uma menina de 10 anos de idade é levada a um dermatologista por seus pais. Ela possui muitas sardas em sua face, pescoço, braços e mãos, e seus pais relatam que ela é anormalmente sensível à luz do sol. Dois carcinomas de células basais são identificáveis em sua face. Qual dos seguintes processos está provavelmente defeituoso nesta paciente? A. Remoção dos iniciadores dos fragmentos de Okazaki. B. Remoção das bases mal pareadas a partir da extremidade 3' dos fragmentos de Okazaki. C. Remoção de dímeros de pirimidina do DNA. o. Remoção da uracila do DNA. 29.2 Uma menina de oito anos de idade, com fibrose cística, é tratada com ciprofloxacina, devido a uma infecção por Pseu domonas aeruginosa em seus pulmões. Qual das seguintes atividades enzimáticas seria mais afetada por essa droga? A. A síntese de iniciadores de ANA. B. Quebra das pontes de hidrogênio à frente da forquilha de replicação. C. A quebra e subseqüente nova ligação do esqueleto de DNA. o. A remoção dos iniciadores de RNA. E. A ligação dos fragmentos de Okazaki. 29.3 Didanosina (didesoxiinosina, ddl) é um análogo de nucleosídeos, usado algumas vezes para tratar infecções por HIV. Essa droga é convertida metabolicamente em 2',3'didesoxiATP (ddATP), o qual bloqueia o alongamento da cadeia de ONA quando é incorporado ao DNA virai sintetizado pela transcriptase reversa. Por que a síntese de DNA é interrompida? A. O análogo liga-se covalentemente à transcriptase reversa, dessa forma inativando a enzima. B. Não há um grupo 3'-hidroxila para formar a próxima ligação fosfodiéster. C. A edição é inibida. o. O análogo não consegue formar pontes de hidrogênio com o molde de RNA. E. A incorporação do análogo inicia uma rápida degradação da fita recém-sintetizada. 29.4 Enquanto estudava a estrutura de um pequeno gene que havia sido recentemente seqüenciado durante o Projeto Genoma Humano, um pesquisador observa que uma fita da molécula de DNA contém 20 As, 25 Gs, 30 Cs e 22 Ts. Quantas de cada uma dessas bases são encontradas na molécula completa com fita dupla? A. B. C. O. E.

A= A= A= A= A=

40, G =50, C = 60, T 44, G = 60, C = 50, T 45, G = 45, C = 52, T 50, G = 47, C = 50, T 42, G = 55, C = 55, T

= 44 = 40 = 52 = 47 = 42

Resposta correta = C. A sensibilidade à luz do sol, a intensa formação de manchas em partes do corpo expostas ao sol e a presença de câncer de pele indicam que a paciente provavelmente sofra de xeroderma pigmentoso. Esses pacientes são normalmente deficientes para a excinuclease UV específica, que é usada para remover dímeros de pirimidina durante o reparo do DNA danificado por ultravioleta. Nenhuma das outras alternativas possui qualquer relação com a luz do sol. Bases mal-pareadas da extremidade 3' dos fragmentos de Okazaki são removidas pela função de edição das DNA-polimerases. A uracila é removida das moléculas de DNA danificadas por uma glicosilase específica.

Resposta correta = C. Fluoroquinolonas, tais como a ciprofloxacina, inibem a DNA-girase bacteriana - uma DNA-topoisomerase tipo 11. Essa enzima catalisa a quebra transitória e nova junção das ligações fosfodiéster do esqueleto de DNA, a fim de permitir a remoção das supertorções positivas durante a replicação do DNA. As demais atividades enzimáticas mencionadas não são afetadas. A primase sintetiza iniciadores de RNA, a helicase quebra pontes de hidrogênio à frente da forquilha de replicação, a DNA polimerase I remove os iniciadores de RNA e a DNA-Iigase une os fragmentos de Okazaki.

Resposta correta = B. A cadeia de DNA não consegue continuar a crescer se ela não possuir um grupo 3' -hidroxila, pois esse grupo é necessário para atacar o fosfato do próximo desoxinucleotídeo a ser inserido durante a formação da ligação fosfodiéster. O análogo forma pontes de hidrogênio perfeitamente bem com o molde, assim que é incorporado. A transcriptase reversa não apresenta capacidade de edição e não se liga covalentemente a seus substratos. A nova fita defeituosa será por fim degradada, mas esse não é um processo especialmente rápido.

Resposta correta = E. As duas fitas de DNA são complementares uma à outra, com A pareando com T e G pareando com C. Portanto, por exemplo, os 20 As da primeira fita precisariam estar pareados com 20 Ts na segunda fita, os 25 Gs da primeira fita precisariam estar pareados com 25 Cs na segunda fita, e assim por diante. Quando somamos todos juntos, os números corretos de cada base estão indicados na alternativa E. Observe que, na resposta correta, A= T e G = C.


Estrutura e Síntese do RNA DNA

I. VISÃO GERAL

TRANSCRIÇÃO O planejamento genético funda mental de um o rgan ismo está contido na seqüência de desoxirribonucleotídeos que constitui o DNA. Entretanto, é por meio do ácido ribonucléico (RNA) - as "cópias de trabalho" do DNA - que esse plano fundamental é expresso (Figura 30.1 ). O processo de cópia, durante a qual a fita de DNA serve como molde, é chamado de transcrição. Após a sua síntese, os RNAs mensageiros são traduzidos em seqüências de aminoácidos (cadeias polipeptídicas ou proteínas). Os RNAs ribossomais, os RNAs transportadores e outras pequenas moléculas de RNA adicionais desempenham funções estruturais e reguladoras especializadas e não são transcritos. Uma característica central da transcrição é de ser altamente seletiva. Por exemplo, muitos transcritos são produzidos a partir de algumas reg iões do DNA. Já a partir de outras regiões, são produzidos poucos ou nenhum transcrito. Essa seletivi dade é devida, pelo menos em parte, aos sinais implantados na seqüência de nucleotídeos do DNA. Esses sinais instruem a RNA-polimerase a respeito de onde começar, o quão freqüentemente começar e onde termina r a transcrição. Uma variedade de proteínas reguladoras está freqüentemente envolvida nesse processo de seleção. A diferenciação bioquímica dos tecidos de um organismo é, em última análise, o resultado da seletividade do processo de transcrição. Outra característica importante da transcrição é que muitos transcritos de RNA, que inicialmente são cópias fiéis de uma das duas fitas de DNA, podem sof rer várias modificações, tais como adições termina is, modificações nas bases, remoções de nucleotídeos terminais e de segmentos internos, seguindo-se corte-junção. Essas modificações convertem o transcrito primário inativo em uma molécula funcional.

11.

ESTRUTURA DO RNA

Existem três tipos principais de RNA que participam do processo de síntese protéica: RNA ribossomal (RNAr), RNA transportador (RNAt) e RNA mensageiro (RNAm). Assim como o DNA, esses três tipos de RNA são moléculas poliméricas não-ramificadas, compostas de mononucleotídeos unidos por ligações fosfodiéster (veja a pág. 392). Entretanto, essas moléculas diferem (como grupo) do DNA de várias maneiras. Por exemplo, elas são consideravelmente menores do que o

RNAt

Ribossomo

RNAr

me.7Gppp~pApApA RNAm

Figura 30.1 Expressão da informação genética pela transcrição. (Nota: Os RNAs mostrados são eucarióticos.) me7Gppp ="quepe" de 7-metilguanosina trifosfato, descrito na pág. 414. AAA = cauda de poli-A, descrita na pág.414.


414

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

RNAr procarióticos

NV\1\/VVVVVV\N\ 235 /VVVVV\NVVVVVV' 16S

/VVV\ SS RNAr eucarióticos ~18S

NVVVV5 ,8S /VVV\ SS

A. RNA ribossomal

Figura 30.2 RNAr procarióticos e eucarióticos.

Extremidade 3' Sitio de ligação--+- CCA do aminoácido Extremidade 5'

n:: I"

Pareamento de bases complementares [

~:. -2::::::;;:::::~ ~1çaT'I'C

Alçado { anticódon

DNA e contêm ribose em vez de desoxirribose e uracila em vez de timina. Ao contrário do DNA, a maioria dos RNAs existe como fitas únicas, as quais são capazes de dobrar-se em estruturas complexas. Os três tipos principais de RNA também diferem uns dos outros em tamanho, função e modificações estruturais especiais. (Nota: Nos eucariotos, pequenas moléculas de RNA encontradas no núcleo [RNAsn] desempenham funções especializadas, como descrito na pág. 424.)

,

Os RNAs ribossomais (RNAr) são encontrados em associação com várias proteínas, como componentes de ribossomos - as estruturas complexas que servem como sítios para a síntese protéica (veja a pág. 433). Existem três espécies de RNAr de tamanhos distintos (238, 168 e 58) em células procarióticas (Figura 30.2). No citosol eucariótico, há quatro espécies de RNAr de tamanhos distintos (288, 188, 5,88 e 58). (Nota: "8" é a unidade Svedberg, a qual está relacionada com o peso molecular e a forma do composto.) Juntos, os RNAr totalizam 80% do RNA total na célula. B. RNA transportador Os RNAs transportadores (RNAt), os menores entre os três principais tipos de moléculas de RNA (48), possuem entre 74 e 95 resíduos de nucleotídeos. Existe pelo menos um tipo específico de molécula de RNAt para cada um dos 20 aminoácidos comumente encontrados nas proteínas. Juntos, os RNAt correspondem a cerca de 15% do RNA total da célula. As moléculas de RNAt contêm bases raras (por exemplo, pseudouracila, veja a Figura 22.2, pág. 290) e possuem abundantes pareamentos intracadeias (Figura 30.3). Cada RNAt serve como uma molécula "adaptadora", que transporta o seu a minoácido específico - covalentemente ligado a sua extremidade 3' - para o sítio de síntese protéica. Lá, ele reconhece a palavra do código genético sobre um RNAm , a qual especifica a adição do seu aminoácido para a cadeia peptídica em crescimento (veja a pág. 429).

'' '' ,...................

.~~

Anticódon

C. RNA mensageiro O RNA mensageiro (RNAm) compreende somente em to rno de 5% do RNA da célula, ainda que seja de longe o tipo mais heterogêneo de RNA em tamanho (500 a 6.000 nucleotídeos) e seqüência de bases. O RNAm carrega a informação genética do DNA nuclear para o citosol, onde é usado como molde para a síntese protéica. Características estruturais especiais dos RNAm eucarióticos (mas não procarióticos) incluem uma seqüência longa de nucleotídeos adenina (uma "cauda poli-A") na extremidade 3' da cadeia de RNA, mais um "quepe" na extremidade 5', que consiste em uma molécula de 7-metilguanosina ligada de "trás para diante" (5'~5') por uma ligação trifosfato, como mostrado na Figura 30.4. (Nota: Os mecanismos para a modificação do RNAm, a fim de criar essas características estruturais especiais, estão discutidos na pág. 422.)

III. TRANSCRIÇÃO DOS GENES PROCARIÓTICOS

Figura 30.3 A. Estrutura característica de RNAt. B. Estrutura conformacional dos RNAt , encontrada nas células.

A estrutura da RNA-polimerase, os sinais que controlam a transcrição e as várias modificações que os transcritos de RNA podem sofrer diferem entre os organismos e, particularmente, entre procariotos e eucariotos. Dessa forma, neste capítulo, as discussões sobre as transcrições em procariotos e e ucariotos estão apresentadas separadamente.


415

Bioquímica Ilustrada

A. Propriedades da RNA-polimerase procariótica Nas bactérias, uma espécie de RNA-polimerase sintetiza todos os RNAs, com exceção dos pequenos iniciadores de RNA necessários para a replicação do DNA (iniciadores de RNA são sintetizados por uma enzima especializada, a primase, veja a pág. 400) . A RNA-polimerase é uma enzima com múltiplas subunidades, que reconhece uma seqüência nucleotídica (a região promotora) no início de uma região de DNA que deve ser transcrita. Ela, então, faz uma cópia de RNA, complementar à fita-mo lde do DNA e, a seguir, reconhece o final da seqüência de DNA a ser transcrita (a região de terminação). O RNA é sintetizado a partir da sua extremidade 5' para a sua extremidade 3' , de modo antiparalelo a sua fita-molde de DNA (veja a pág . 395). O molde é copiado da mesma forma que na síntese de DNA, na qual um G no DNA especifica um C no RNA, um C especifica um G, um T no molde de DNA especifica um A no RNA, mas um A no molde especifica um U (ao invés de um T) no RNA (Figura 30.5). Uma unidade de transcrição estende-se do promotor até a região de terminação, e o produto do processo de transcrição pela RNA-polimerase é denominado transcr ito primário. A transcrição pela RNA -polimerase envolve uma enzima central e várias proteínas auxiliares: 1.

2.

3.

Enzima central. Quatro das subunidades peptídicas da enzima, 2a, 113 e 113', são responsáveis pela atividade de RNA-polimerase 5'-73' e são referidas como a enzima central (Figura 30.6). Entretanto, essa enzima não possui especificidade, ou seja, ela não consegue reconhecer a região promotora no molde de DNA.

Seqüência 5' não-traduzida líder

Quepe

Fator de terminação. Algumas regiões que sinalizam o término da transcrição no DNA são reconhecidas pela própria RNA-polimerase. Outras são reconhecidas por fatores de term inação específicos, um exemplo dos quais é o fator rho (p) de E. coli.

O processo de transcrição de um gene típico de E. co/i pode ser dividido em três fases: iniciação, alongamento e terminação. (Nota: Dentro da molécula de DNA, regiões de ambas as fitas podem servir como molde para moléculas específicas de RNA. Entretanto, somente uma das duas fitas de DNA serve como molde dentro de uma região específica da dupla hélice.) Iniciação. O início da transcrição envolve a ligação da holoenzima RNA-polimerase em uma região no DNA que determina a especificidade da transcrição de um determinado gene. Aquela seqüência de DNA é conhecida como região promotora (Figura 30.7). Seqüências nucleotídicas "consenso" características da região promotora procariótica são altamente conservadas, ou seja, muitos promotores diferentes contêm algumas seqüências semelhantes ou idênticas. Aquelas que são reconhecidas pelos fatores 0 da RNA-polimerase procariótica incluem :

I

Região codifi cante

Cauda de poli-A

~~~~

Gppp~~pApApApApA- OH

~

Extremidade 5'

Extremi dade 3 ' _ /

Figura 30.4 Estrutura do RNAm eucariótico.

Esqueleto de Pares de bases Esqueleto de desoxirriboseribose-fosfato fosfa to

5'

troo·.·.··.·rnJ HH /

~p

/

/

H

H

JGl ••• ., L2J .....

3'

~

~ Po~fde

;/)---.;{

3'

~p

rn··· .. rn~ hidrogênio

/

~P

I

5'

RNA

DNA

Figura 30.5 Pares de bases complementares e antiparalelas entre o DNA e oRNA.

---Holoenzima

Enzima central

··), a. Caixa de Pribnow. Essa é uma região de seis nucleotídeos (5'-

TATAAT-3'), centrada ao redor de 8 a 1O nucleotídeos à esquerda do sítio de início da transcrição que codifica a base inicial do RNAm (veja a Figura 30.7). (Nota: As seqüências reguladoras que controlam a transcrição são, por convenção, designadas pela seqüência

ptr .....'C'; ao

Holoenzima . A subunidade 0 ("tator sigma") capac ita a RNA-po/imerase a reconhecer as regiões promotoras no DNA. A subunidade 0 mais a enzima central compõem a holoenzima. (Nota: Diferentes fatores 0 reconhecem diferentes grupos de genes.)

8. Etapas na síntese do RNA

1.

Seqüência 3' nãotraduzida posterior

Figura 30.6 RNA-polimerase procariótica.


41 6

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

. ~_.----- Seqüências dentro da região promotora Y procariótica que são reconhecidas pela ,.---------~ holoenzima RNA-polimerase

-19 pares de bases

------.T Y ~

Iníc io da transcrição

Caixa de Pribnow

DNA

Fig ura 30.7 Estrutura da região promotora procariótica. nucleotídica 5 '~3' na fita que não a molde. Uma base na região promotora é designada com um número negativo se ela ocorrer anteriormente ["acima"] do sítio de in ício da transc rição. Dessa forma, a caixa de Pribnow está centrada ao redor da base -9. A primeira base no sítio de início da transc rição é definida como a posição +1. Não há base designada como "0".) b.

2.

Seqüência -35. Uma segunda seqüência nucleotídica consenso (5'-TTGACA-3') está centrada ao redo r de 35 bases à esquerda do sítio de início da transcrição (veja a Figu ra 30.7). (Nota: Uma mutação, tanto na caixa de Pribnow como na seqüência -35, pode afetar a transcrição do gene controlado pelo promotor mutante.)

Al ongamento. Uma vez que a região promotora tenha sido reconhecida pela holoenzima, a RNA -polimerase começa a sintetizar um transcrito a partir da seqüência de DNA (normalmente começando por uma purina) e a subunidade cr é liberada. Ao contrário da DNA-polimerase, a RNA -polimerase não necessita de um iniciador e não apresenta qualquer atividade conhecida de endonuclease ou exonuclease. Ela, dessa forma, não possui capacidade para reparar erros no RNA, como faz a DNA-polimerase durante a síntese de DNA (veja a pág. 407). A RNApolimerase usa ribonucleosídeos trifosfatados e libe ra pirofosfato cada vez que um nucleotídeo é adicionado à cadeia em crescimento. (Nota: Assim como. na síntese de DNA, duas ligações de alta energia são usadas para a adição de cada nucleotídeo.) A ligação da enzima ao molde de DNA resulta no desenrolamento local da hélice de DNA

Supertorções positivas

AN

Figura 30.8 Desenrolamento local do DNA induzido pela RNA-polimerase.


Bioquímica Ilustrada

417

(Figura 30.8). (Nota: Esse processo pode gerar supertorções , que podem ser relaxadas pelas DNA-topoisomerases I e 11 [veja a pág . 398].) 3.

Terminação. O processo de alongamento da cadeia de RNA continua até que um sinal de terminação seja atingido. Uma proteína adicional, o fato r p (rho), pode ser necessária para a liberação do RNA produzido (terminação dependente de p). Alternativamente, a RNA -pofimerase tetramérica pode, em algumas situações, reconhecer as regiões de terminação no molde de DNA (terminação independente de p). a.

A terminação dependente de rho necessita da participação de uma proteína adicional, o fator p. Esse fator liga-se a uma região rica em C, próxima à extremidade 3' do RNA recém-sintetizado, e migra atrás da RNA-polimerase na direção 5' ~3' até que o sítio de terminação seja atingido. (Nota: O fator Rho possui uma atividade de helicase RNA-DNA, dependente de ATP, a qual hidrolisa o ATP e usa essa energia para desenrolar do molde a extremidade 3' do transcrito. Isso facilita o movimento da proteína ao longo do dúplex de RNN DNA.) No sítio de terminação, o fator p desloca a fitamolde de DNA, facilitando a dissociação da molécula de RNA.

.r-ol b.

A terminação independente de rho requer que o RNA recé msintetizado possua duas características estruturais importantes. Primeiro, o transcrito de RNA precisa ser capaz de formar uma volta em forma de grampo estável, que desacelere o progresso da RNA-polimerase e a induza a fazer uma pausa temporária. A volta em forma de grampo do RNA é complementar a uma região

o

Palíndromo de DNA Direção da transcrição

Para um palíndromo, a seqüência de uma fita, lida 5'-7 3' ...

5'

3' 5'

3'

f) [!)

...é a mesma que a seqüência na fita complementar, lida na mesma d ireção 5'-7 3'.

Função dos palíndromos na terminação da síntese de RNA tt~'rTT7>2' 5'

RNA recém-sintetizado dobra-se para formar um " grampo", que é importante para a terminação da cadeia.

, _ f\Oc, f\'\ 1\1. 1':\\ 1\t l\ t 3'

V V J\IJ \YJ\.IJ \.1. V 5'

Fita-molde de DNA ~3 '

UUUUUUUUU 3 '

u u

?Ali u

Figura 30.9 Terminação da transcrição independente de rho. A. Um exemplo de um palíndromo no DNA de fita dupla. B. Um palíndromo de DNA transcrito codifica um RNA que pode formar uma volta em forma de grampo.


418

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

m

do DNA-molde próxima da região de terminação, que possui uma simetria dupla como resultado da presença de um palíndromo. (Nota: Um palíndromo é uma reg ião de DNA de fita dupla na qual cada uma das duas fitas contém regiões que possuem a mesma seqüência nucleotídica quando lidas na mesma direção [por exemplo, 5' ~3'] [Figura 30.9A].) Próxima à base da haste do grampo, há uma seqüência rica em G e C. Ela estabiliza a estrutura secundária do grampo. A seguir, à frente da volta em forma de grampo, o transcrito de RNA contém uma seqüência de U. A ligação dessas bases U aos As correspondentes do DNA-molde é fraca (veja a pág. 395). Isso facilita a separação entre o RNA recém-sintetizado e seu molde de DNA, como se a dupla hélice se "fechasse como um zíper'' atrás da RNA-polimerase (Figu ra 30.9 B).

Nenhuma droga presente

RNA-polimerase

4.

m

Rifampicina presente

Ação de antibióticos. Algu ns antib ióticos impedem que a célula bacteriana cresça por inibirem a síntese de RNA. Por exemplo, a rifampicina inibe a iniciação da transcrição, ligando-se à subunidade ~ da RNA-polimerase procariótica, dessa forma interferindo com a formação da primeira ligação fosfodiéster (Figura 30.1 0). A rifampicina 1 é útil no tratamento da tubercu lose • A dactinomicina (conhecida pelos bioquímicos como actinomicina D) foi o primeiro antibiótico a encontrar 2 aplicação terapêutica na quimioterapia de tumores . Ela se liga ao molde de DNA e interfere com o movimento da RNA-polimerase ao longo do DNA.

C. Transcrição a partir de óperons bacterianos

Nas bactérias, os genes estruturais que codificam as enzimas de uma via metabólica encontram-se fre qüentemente agrupados no cromossoma, juntamente com os genes reguladores que determinam a sua transcrição como um único e longo pedaço de RNAm. Os genes são, dessa forma, expressos coordenadamente. Esse pacote inteiro é referido como um operon . Um dos exemplos mais bem conhecidos é o óperon da lactose de E. coli, o qual ilustra as regulações positiva e negativa (Figu ra 30.11).

RNA-polimerase com conformação distorcida

A rifampicina liga-se à RNA-polimerase e altera a s ua conformação de maneira que ela não consegue inici ar a síntese de RNA. A RNA-polimerase das células eucarióticas não se liga à rifampicina, de modo que a síntese de RNA não é afetada.

(\

Fi gura 30.10 lnativação da RNA-polimerase pela rifampicina.

1.

O operon da lactose (Lac-óperon}. O operon da lactose (lac) codifica três enzimas envolvidas no catabo lismo do açúcar lactose: o gene lacZ codifica a ~ -galactosidase, a qual hidrolisa lactose em galactose e glicose; o gene /ac Y codifica uma permease, que facilita a entrada da galactose na célula; e o gene lacA cod ifica a tiogalactosídeo-transacetilase, cuja função fisiológica é desconhecida. Essas enzimas são todas produzidas quando a lactose, e não a glicose, está disponível para a célula. (Nota: As bacté rias usam gl icose como combustível preferencial mente a qualquer outro açúcar.) A porção regu ladora do óperon consiste no sítio de ligação da proteína ativadora de genes de catabolismo (CAP, de catabolite gene activator protein, algumas vezes chamada de proteína regulada por AMPc ou CR P, de cAMP regulatory protein); a região promotora (P), onde se liga a RNA-polimerase; e o sítio operador (0). Os genes JaeZ, lacYe lacA são expressos somente quando o sítio O está vazio e o sítio de ligação à CAP (imediatamente acima da região P) está ligado por um complexo formado por AMP cíclico (AMPc, veja a pág. 93) e a proteína CAP (veja a Figura 30.1 1). Um gene regulador adicional, o gene fac/, codifica a proteína repressora.

1

Veja o Capitulo 35 de Farmacologia Ilustrada (3ª edição) e o Capitulo 33 (2• edição) para uma discussã o sobre a rifampicina no tratamento d a tuberculose.

2

Veja o Capitulo 40 de Farmacologia Ilustrada (3' edição) e o Capitulo 38 (2ª edição) para uma discussão sobre a dactinomicina no tratamento do cãncer.


Bioquímica Ilustrada

r.ll +Iii

Glicose Lactose

419

Óperon "desligado" RNA-polimerase

~ítio ~e

fac/

CAP (não-ligada}

1

hgaçao

~da CAP

I I IPromot~r t V

,--A- a-d -en-,-la ._t_o--c- i-c-la-s-e-e-stá

inativa na presença de glicose, de modo que a CAP não está ligada acAMPe.

-

RNAm

~ l i

V

Nenhum ANA e, portanto, nenhuma enzima é produzida.

r-'11 1:1 +

Glicose Lactose

Óperon "ligado"

~~~ I

fac/

t--1'

.Â.

CAP ~

AMPc

~s"'""' V

RNA~/~ro"

O operador não está bloqueado, e a RNA-po/imerase pode iniciar a transcrição.

/ " "J· -~=-===-----, '-..,

ligação da CAP

RNAm

RNAm -

JJ

Repressor--+

Galactosídeopermease

6<J

A alolactose liga-se à proteína repressora, causando uma alteraç ão de conformação que a impede de ligar-se ao operador.

Alolactose

A adenilato-ciclase está at iva na ausência de glicose, produzindo AMPc, que se liga à CAP.

f:1

+ Glicose

~+Lactose

Embora o repre ssor esteja i nativo, o sitio de ligação da CAP está vazio, de maneira que a RNA-polimerase não consegue iniciar a transcrição.

CAP (não-ligada}

lacl

A adenilato-ciclase está inativa na presença de glicose, de modo que a CAP não está ligada ao AMPc . Repressor

-6<JJJ

Figura 30.11 O óperon da lactose de E. coli.

Sitio de ligação Ida CAP

'I

Tiogalactosídeotransacetilase


420

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

a.

Quando a glicose é o único açúcar d isponível. Nesse caso, a proteína repressora liga-se ao sítio operador, o qual está abaixo da região promotora (veja a Figura 30. 11 A) . Isso interfere com o progresso da RNA-polimerase e bloqueia a transcrição dos genes estruturais (regu lação negativa). (Nota: A glicose desativa a adenilato-ciclase, de maneira que o AMPc fica ausente e não há a formação do complexo AMPc-CAP.)

b.

Quando somente a lactose está disponível. Nesse caso, uma pequena q uantidade de lactose é convertida em a lolactose. Esse composto é um indutor q ue se liga à proteína repressora, alterando a sua conformação, de maneira que ela não é mais capaz de se ligar ao operador. Como não há disponibilidade de glicose, a adenilato-cic/ase está ativa, e quantidades suficientes de AMPc são produzidas, as quais ligam-se à proteína CAP. Esse complexo AM Pc-CAP liga-se ao sítio de ligação da CAP, o que permite que a RNA-polimerase inicie efetivamente a transcrição (regulação positiva, veja a Figu ra 30. 11 B). O transcrito é uma molécula de RNAm policistrônica, codificando todas as três enzimas. A tradução do RNAm - iniciada em três códons de início diferentes (veja a pág. 436) - produz as enzimas que permitem que a lactose seja usada para a produção de energia pela célula. (Nota: As células eucarióticas produzem somente mensagens monocistrônicas, ou seja, cada molécula de RNAm eucariótica codifica somente uma proteína.)

c.

Quando tant o a glicose como a lactose estão presentes . Uma vez que a adenilato-ciclase está desativada na presença de glicose, o complexo AM Pc-CAP não pode se formar, e o sítio de ligação da CAP pe rm anece vazio. A RNA -polimerase é, dessa forma, incapaz de iniciar efetivamente a transcrição, mesmo que o repressor não esteja ligado na região operadora. Dessa forma , os três genes não são expressos (Figura 30.11 C).

IV. TRANSCRIÇÃO DOS GENES EUCARIÓTICOS A transcrição dos genes ~ u car i óticos é um processo muito mais complicado do que a transcrição nas células procarióticas. Além da RNA-polimerase reconhecer a região promotora e iniciar a síntese de RNA, vários fatores de transcrição suplementares ligam-se a sítios distintos no DNA - tanto dentro da região promotora como a alguma distância dela. A ligação de diferentes fatores determina quais genes devem ser transcritos. Para a RNA -polimerase e os fatores de transcrição reconhecerem e ligarem-se a suas seqüências de DNA específicas, a dupla hé lice p recisa assumir uma conformação solta e dissociar-se temporariamente do centro do nucleossomo. O mecanismo pelo qual a transcrição eucariótica é term inada não é bem compreendido.

A. A estrutura da cromatina e a expressão gênica A associação do DNA com as histonas para a formação dos nucleossomos (veja a pág. 406) afeta a capacidade da maquinaria de transcrição de acessar o DNA a ser transcrito. Os genes mais ativamente transcritos são encontrados em uma forma relativamente relaxada de cromatina, chamada de eucromatina, enquanto os segmentos mais inativos de DNA são encontrados na altamente condensada hete rocromatina. (Nota: A interconversão das formas ativa e inativa de cromatina é denominada remodelamento d a cromatina.) Dois fatores importantes que influenciam a estrutura e a atividade cromossômica são a metilação do DNA e a acetilação das h istonas. Ge ralmente, genes que estão em estado de inatividade relativamente


Bioquímica Ilustrada

421

r- - -- Seq üências dentro da região promoto ra eucariótica que '+'1 são reconhecidas pela RNA-polim erase 11 ~

ONA ::

45 a 55 bases

25 bases

caixa CAAT

caixa de Hogness (caixaTATA)

Início da t ranscrição

GGCCAATCT

ATATAAAA

~

I

1111111111111111111111111111111111111 I llllllllllllllllllllllllllllllllllllllll :: -70 -60 -50 -40 -30 -20 -1o -5 +1

Figura 30.1 2 Seqüências-consenso promotoras de genes eucarióticos. permanente contêm o DNA mais metilado (comumente como 5-metilcitosina) q ue os genes ativamente transcritos. Po r exemplo, em cada célula de uma fêmea, o DNA em um dos cromossomas X torna-se altamente metilado, condensa-se em heterocromatina e é desativado. Por outro lado, quando as histonas tornam-se acetiladas, a estrutura da cromatina torna-se mais frouxa, o DNA torna-se mais acessível para a maquinaria de transcrição e os genes são transcritos ativamente. B . RNA-polimerases nucleares das células eucariót icas

lr!Wi W

Fatores de transcrição de ligação ao pro motor Direção da transcrição

Existem três classes distintas de RNA -polimerases no núcleo das células eucarióticas. Todas elas são enzimas grandes, com múltiplas subunidades. Cada classe de RNA-polimerase reconhece determinados tipos de genes. 1.

2.

RNA-polimerase I. Essa enzima sintetiza o precursor dos grandes RNA ribossomais (28S, 18S e 5 ,8S) no nucléolo. (Nota: ORNAm e o RNAt são sintetizados no nucleop lasma.) RNA-polimerase 11. Essa enzima sintetiza os precursores dos RNAs mensag eiros, q ue são subseqüentemente traduzidos pa ra produzir proteínas. A polimerase 11 também sintetiza determinados R NAs nucleares pequenos (RNAsn, de sma// nuclear, veja a pág. 424) e é usada por certos vírus para produzir RNA virai. a.

Promotores para genes d e classe 11. Uma seqüência de nucleotídeos de DNA que é quase idêntica à da caixa de Pribnow é normalmente encontrada centrada ao redo r de 25 nucleotídeos acima da base inicial do sítio de início da transcrição de uma molécula de RNAm. Essa seqüência-consenso é chamada de caixa TATA ou de Hogness (Figura 30.12). Entre 70 e 80 nucleotídeos acima do sítio de início de transcrição é freqüentemente encontrada uma segunda seqüência-consenso, conhecida como a cai xa CAAT (veja a Figura 30. 12) . A lém disso, muitos pro moto res con têm uma ca ixa GC (GGGCGG). Uma vez que essas seq üências estão na mesma molécula de DNA que os genes que estão sendo transcritos, elas são chamadas de e lementos g enéticos de ação eis . Elas servem como sítios de ligação para proteínas chamadas de fato res gerais de transcrição, os quais, por sua vez, interagem uns com os outros e com a RNA-polimerase 11 (Figura 30.1 3A). Esses fatores são necessários para a simples transcrição da maior parte dos genes de classe 11 (ou seja, aqueles genes que são transcritos pela RNA -polimerase 11). (Nota: Uma vez que os fatores de transcrição, codificados por genes em diferentes cromossomas e sintetizados

Caixa Caixa Caixa CAAT GC TATA

Região transcrita

~ Promotor

O dobramento do DNA pode fazer com que um elemento estimulador, que esteja longe do seu promo tor na molécula de DNA linear, interaja com o complexo de transcrição-iniciação.

Promotor

Região transc rita

Fig ura 30.13 A. Fatores gerais de transcrição em eucariotos, ligados ao promotor. CTF, SP1 e TFIID são fatores gerais de transcrição. B. Ativação pelo estimulador da RNA-polimerase 11.


422

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

no citosol, podem difundir-se através da célu la para os seus pontos de ação [os quais podem ser em cromossomas diferentes], eles são chamados de elementos de ação trans. Esses elementos podem tanto estimular como inibir a transcrição de determinados genes.)

DNA -lr.:E,..st:-:im ..::u!....:l-ad7 o'rl-

\~

'---v--/

\

Promotor

b.

Função dos estimuladores na regulação gênica eucariótica. Os estimuladores são seqüências especiais de DNA de ação eis, que aumentam a taxa de início da transcrição pela RNA-polimerase 11. Os estimuladores precisam estar no mesmo cromossoma do gene cuja transcrição eles estimulam (Figura 30. 138). Entretanto, 1) eles podem estar localizados "acima" ou "abaixo" do sítio de início da transcrição; 2) eles podem estar próximos ou a milhares de pares de bases distantes do promotor (Figura 30.14); e 3) eles podem ocorrer em cada uma das fitas do ONA. Os estimuladores contêm seqüências de DNA chamadas de "elementos de resposta", que se ligam a fatores de transcrição específicos chamados de ativadores . Pelo dobramento ou formação das alças no DNA, esses fatores de ligação ao estimulador podem interagir com fatores de transcrição ligados ao promotor e com a RNA-polimerase 11, estimulando dessa forma a transcrição (veja a Figura 30.138). (Nota: Os silenciadores são semelhantes aos estimuladores [no que se refere a sua atuação por longas distâncias], porém determinam uma redução do nível de expressão gênica.)

c.

Inibidores da RNA-polimerase 11. Essa enzima é inibida por ao-amanitina - uma potente toxina produzida pelo cogumelo venen oso Amanita phalloides (algumas vezes chamado de "chapéu da morte" ou "anjo destruidor" - é dito possuir um sabor delicioso!). A u-amanitina liga-se fortemente à polimerase, formando um complexo, dessa forma inibindo a síntese de RNAm e, por fi m, a síntese de proteína.

,..-"-----.

-J P MH§rl\

~~

Promotor

Uma seqüência estimuladora " abaixo" da região promotora.

Figura 30.14 Algumas possíveis localizações de seqüências estimuladoras.

3.

RNA-polimerase III. Essa enzima produz os RNAs pequenos, incluindo os RNAt, o pequeno RNA ribossomal 55 e alguns RNAsn.

C. RNA polimerase mitocondrial A mitocôndria contém uma única RNA polimerase, a qual assemelha-se mais proximamente à RNA po/imerase bacteriana que à enzima eucariótica.

~~r DNA

l.

Gene de RNA ribossomal

V.

MODIFICAÇÕES PÓS-TRANSCRICIONAIS DO RNA

RNA-polimerase I

(285 )

-ft

(5,85)

Pré-RNAr (185)

Clivagem por

-----RNases

28S

5,85

18S

Um transcrito primário é uma cópia linear de uma un idade transcricional - o segmento de DNA entre as seqüências específicas de início e término. Os transcritos primários dos RNAt e RNAr procarióticos e eucarióticos são modificados pós-transcricionalmente pela clivagem dos transcritos originais por ribonucleases. Os RNAt são então adicionalmente modificados, ajudando a conferir a cada espécie a sua identidade única. Por outro lado, o RNAm procariótico é normalmente idêntico ao seu transcrito primário, enquanto o RNAm eucariótico é amplamente modificado pós-transcricionalmente.

RNAs ribossomais

Figura 30.15 Processamento pós-transcricional do RNA ribossomal eucariótico por ribonucleases.

A. RNA ribossomal Os RNAs ribossomais das células procarióticas e eucarióticas são sintetizados a partir de longas moléculas precursoras chamadas de RNAs préri bossomais. Os RNAs ribossomais 238, 168 e 58 dos procariotos são produzidos a partir de uma única molécula precursora de RNA, assim como


Bioqu ímica Ilustrada

OH 3'

OH 3'

Resíduos de uracila na extremidade 3' são s ubs-

S' P

extremidade 5' (mostrada em verde) é c livada pela RNase P.

Um i ntron de 14 nucleotideos (mostrados em púrpura) na alça do anticódon é removido por corte-junção.

Alça do anticódon Pré-RNAt

RNAt maduro

Figura 30.16 A. Transcrito primário de RNAt. B. RNAt funcional, após modificação pós-transcricional. As bases modificadas incluem D (diidrouridina), 'V (pseudouridina) em, que significa que a base foi metilada. o são os RNAs 28S, 18S e 5 ,8S dos eucariotos (Figura 30. 15) . (Nota: O RNAr 5S dos eucariotos é sintetizado pela RNA -polimerase III e modificado separadamente.) Os RNAs pré-ribossomais são clivados por ribonucleases, a fim de produzir segmentos de tamanho intermediário de RNAr, os quais têm suas extremidades "aparadas" adicionalmente, produzindo as espécies necessárias de RNA ribossomal. (Nota: Algumas das proteínas destinadas a tornarem-se componentes do ribossomo associam-se com o precu rsor de RNAr antes e durante a sua modificação pós-transcricional no nucléolo.) B . RNA transportador Os RNAs transportadores de eucariotos e de procariotos também são sintetizados a partir de longas moléculas precursoras que precisam ser modificadas (Figura 30.16). Um íntron (veja a seguir) precisa ser removido da alça do anticódon, e seqüências em ambas as extremidades da molécula, 5' e 3', precisam ser removidas. Outras modificações pós-transcricionais incluem a adição de uma seqüência - CCA pela nucleotidiltransferase na extremidade 3' dos RNAt e a modificação das bases em posições específicas para a produção de "bases raras" (veja a pág . 290). C. RNA mensageiro eucariótico A molécula de RNA sintetizada pela RNA -polimerase 11 (o transcrito primário) contém as seqüências que são encontradas no RNAm citosólico. A coleção de todas as moléculas precursoras de RNAm é conhecida como RNA heterogêneo n uclear (RNAhn). Os transcritos primários são amplamente modificados no núcleo após a transcrição. Essas modificações normalmente incluem: 1.

Ad ição de u m " quepe" 5' . Esse processo é o primeiro entre as reações de processamento do RNAhn (Figura 30.17). O quepe é uma 7-metilguanosina ligada de forma "invertida" à extremidade 5' do

423


424

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

5' ---~5'

O HN

lo

H 2 N ~N

~~ 3

L~ação~ifosf:o

7>

~

11

11

r 0-~- 0 - ~-0-~ -0 l "

s H

o- o- o-

CH2

s·c H2 Q o Base 4'

Extremidade 5'

OH

OH

" Quepe" 7-metilguanosina trifosfato

, 3

, 2

O

1"

Região codificante de proteína

Seqüência sinalizadora de poliadenilação

OH

Extremidade 3'

0-~-0 ~~ AAUAAAAAAAAA· · · A O~ oRNAm Cauda de poli-A

Figura 30.17 Modificações pós-transcricionais do RNAm, mostrando o quepe 7-metilguanosina e a cauda de poli-A. RNAm , formando uma ligação incomum 5'....,.5' trifosfato. A adição da porção da guanosina trifosfato é catalisada pela enzima nuclear _g_ua ~ A metilação dessa guanina terminal ocorre no citosol e é catalisada pela guanina- 7-metiltransferase. A S-adenosilmetionina é a fonte do grupo metila (veja a pág. 261 ). Etapas adicionais de metilação podem ocorrer. A adição desse "quepe" 7-metilguanosina permite o início da tradução (veja a pág. 435) e auxilia na estabilização do RNAm. Os RNAm eucarióticos que não apresentam quepe não são traduzidos eficientemente. 2.

Adição da cauda d e poli-A. A maioria dos RNAm eucarióticos (com várias exceções marcantes, incluindo aqueles que codificam histonas e alg uns interferons) possui uma cadeia de 40 a 200 nucleotídeos de adenina, ligados a sua extremidade 3' (veja a Figura 30.1 7). Essa cauda de poli-A não é transcrita a partir do DNA, mas sim adicionada após a transcrição, pela enzima nuclear poliadenilato-polimerase. Uma seqüência consenso, chamada de seqüência sinal de poliadenilação (AAUAAA) , situada próxim a à extrem idade 3' da molécula de RNA, sinaliza que a cauda de poli -A deve ser adicionada ao RNA{n. Essas caudas auxiliam na estabilização dos RNAm e facilitam a sua saída do núcleo. Após o RNAm entrar no citosol, a cauda de poli-A é gradualmente encurtada.

3.

Remoção dos íntrons. A maturação dos RNAm eu carióticos no rmalmente envolve a re moção de seqüências de RNA, as quais não codificam proteínas (íntrons ou seqüências i ntervenientes) , a partir do transcrito primário. As seqüências codificantes remanescentes, os éxons, são reunidas para fo rmar o RNAm maduro. A máquina molecular que executa essas tarefas é conhecida co mo spliceossoma. (Nota: Alguns poucos transcritos eucarióticos primários não contêm íntrons. Outros contêm poucos íntrons, enquanto alguns, como os transcritos primários das cadeias a. do colágeno, contêm mais de 50 seqüências interve nientes, as quais precisam ser removidas antes que o RNAm maduro esteja pronto para a tradução.) a.

Função dos pequenos RNAs nucleares (RNAsn). Os RNAsn, em associação com proteínas, formam as partículas nucleares pequenas de ribonucleoproteína (snRNPs, de sma/1 nuclear ribonucleoprotein particles, ou "snurps"). Essas facilitam o corte-junção dos segmentos exônicos pela formação de pares de bases com


Bioquímica Ilustrada

as seqüências-consenso em cada extremidade do íntron (Figura 30.1 8). (Nota: O lúpus eritemat oso sistêmico, uma doença inflamatória freqüentemente fatal, resulta de uma resposta auto-imune, na qual o paciente produz anticorpos contra proteínas do hospedeiro, incluindo snRNP.) b.

c.

4.

VI.

Mecanismo de excisão de íntrons. A ligação dos snRNPs traz as seqüências de éxons vizinhos para o alinhamento correto, de modo a possibilitar o corte-junção. O grupo 2'-0H de um resíduo de adenosina (A) (conhecido como o sítio de ramificação) no íntron ataca e forma uma ligação fosfodiéster com o fosfato na extremidade 5' do íntron (veja a Figura 30. 18). O recém-liberado 3'-0H do exon 1 "acima" (para o lado 5') forma então uma ligação fosfodiéster com a extremidade 5' do éxon 2 "abaixo" (para o lado 3'). O intron excisado é liberado como uma estrutura "em forma de laço", a qual é degradada. (Nota: As seqüências GU e AG no sítio de ramificação são invariáveis.) Após a remoção de todos os íntrons, as moléculas de RNAm maduras deixam o núcleo, passando para o citosol através de poros na membrana nuclear. Efeito de mutações no sítio de corte-j unção. Mutações em sítios de corte-junção podem levar a corte-junções inapropriados e à produção de proteínas aberrantes. Estima-se que 15% de todas as doenças genéticas são o resultado de mutações que afetam o corte-junção do RNA. Por exemplo, mutações que causam o corte-junção incorreto do RNAm da ~ - globin a são responsáveis por alguns casos de ~-talasse m i a - uma doença na qual a produção da proteína ~-globin a está defeituosa (veja a pág. 38).

l '""i"''"

Sítio de ramificação

Sítio doador

Sít io receptor

do

'\"'•·jooção

S ' l ÉXON 1

GipGU

0

AGpl

ÉXON 2 13'

~ ÍNTRON

O transcrito primário combina-se com as snRNP para formar um complexo de conformação complexa chamado de spliceossoma.

A OH-2' da A no sítio de ramificação ataca o p-5' do sítio doador de corte-junção do éxon 1.

Corte-ju nção alt ernat ivo de moléculas de RNAm . As moléculas de pré-RNAm de alguns genes podem sofre r corte-junções de duas ou mais maneiras alternativas em diferentes tecidos. Esse processo produz múltiplas variações de RNAm e, portanto, do produto protéico (Figura 30 .19). Esse parece ser um mecanismo para a prod ução de um conjunto diverso de proteínas a partir de um conjunto limitado de genes. Por exemplo, todos os diferentes tipos de células musculares produzem o mesmo transcrito primário a partir do gene da tropomiosina. Entretanto, diferentes padrões de corte-junção nos diferentes tipos de células produzem uma fam ília de moléculas protéicas de tropomiosina tecido-específicas.

RESUMO DO CAPÍTULO

Existem três tipos principais de RNA que participam no processo de síntese protéica: RNA ribossomal (RNAr), RNA transportador (RNAt) e RNA mensageiro (RNAm). Eles são polímeros não-ramificados de nucleotídeos, mas diferem do DNA por conterem ribose em vez da desoxirribose e uracila em vez de timina. O RNAr é um componente dos ribossomos. O RNAt serve como uma molécula "adaptadora", que carrega um aminoácido específico para o sítio de síntese protéica. O RNA m carrega a informação do DNA nuclear para o citosol, onde é usado como molde para a síntese protéica. O processo de síntese de RNA é chamado de tran scrição e os seus substratos são ribonucleosídeos t rifosfatados. A enzima que sintetiza o RNA é a RNA-polimerase, a qual é uma enzima que contém múltiplas subunidades. Nas células procarióticas, a enzima central possui quatro subunidades - 2a, 1 (3 e 1 (3' e possui atividade de polimerase 5'-?3', que a lo nga a fita crescente de RNA. Essa enzima

425

5 ' I Éxon 1 P

Éxon 2

13'

RNAm maduro

Figura 30.18 Remoção dos íntrons. snRNP = partícula de ribonucleoproteína nuclear pequena.


426

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

--j ÉXON 11 ÉXON 2 1 ÉXON 31-

~jÉXON21 ~

Figura 30.19 Padrões alternativos de corte-junção no RNAm eucariótico.

necessita de uma subunidade adicional- o fator sigma (a) -que reconhece a seqüência nucleotídica (região promotora) no começo de um fragmento de DNA que deva ser transcrito. Essa região contém seqüências nucleotídicas consenso características altamente conservadas e incluem a caixa de Pribnow e a seqüência -35. Outra proteína- o fator rho (p) - é necessária para o término da transcrição de alguns genes. Um óperon bacteriano é um grupo de genes estruturais que codificam enzimas de uma via metabólica e estão agrupados no cromossomo, juntamente com os genes reguladores que determinam a sua transcrição. Os genes são, portanto, expressos coordenadamente. O operon da lactose (fac) de E. coli é um dos mais bem conhecidos. Ele codifica as enzimas necessárias para metabolizar a lactose quando ela for o único açúcar disponível como substrato. Existem três classes distintas de RNA-polimerase no núcleo das células eucarióticas. A RNA-polimerase I sintetiza o precursor dos RNAr grandes no nucléolo. A RNA-polimerase 11 sintetiza os precursores dos RNAm , e a RNA-polimerase III produz os precursores dos RNAt e alguns outros pequenos RNAs no nucleoplasma. Os promotores para os genes de classe 11 contêm seqüências-consenso, tais como a caixa TATA ou de Hogness, a caixa CAAT e a caixa GC. Essas seqüências servem como sítios de ligação para proteínas chamadas de fatores gerais de transcrição, que, por sua vez, interagem uns com os outros e com a RNA-polimerase 11. Os estimuladores são seq üências de DNA q ue aumentam a taxa de início de transcrição, ligando-se a fatores de transcrição específicos, chamados de ativadores. Um transcrito primário é uma cópia linear de uma unidade transcricional - o segmento de DNA entre seqüências específicas de início e de término. Os transcritos primários de RNAt e RNAr de ambos, procariotos e eucariotos, são modificados pós-transcricionalmente pela clivagem dos transcritos originais por ribonucleases. Os RNAr de célu las procarióticas e de células eucarióticas são sintetizados a partir de longas moléculas precursoras chamadas RNA pré-ribossomais. Esses precursores são clivados e suas extremidades cortadas por ribonucleases, produzindo os três maiores RNAr. (O RNAr 58 eucariótico é sintetizado pela RNA-polimerase III, em vez da I, e é modificado separadamente.) O RNAm procariótico é normalmente idêntico ao seu transcrito primário, enquanto o RNAm eucariótico é amplamente modificado pós-transcricionalmente. Por exemplo, um "quepe" de 7-metilguanosina é ligado à extremidade 5' do RNAm por meio de de uma ligação trifosfato. Uma longa cauda de poli-A - que não é transcrita a partir do DNA - está ligada à extremidade 3' da maioria dos RNAm. Muitos RNAm eucarióticos também contêm seqüências intervenientes (íntrons) , que precisam ser removidas para tornar o RNAm funcional. Essa remoção requer pequenos RNAs nucleares. Os RNAt procarióticos e os eucarióticos são também produzidos a partir de longas moléculas p recu rsoras. Seu processamento requer a remoção de um intron e suas extremidades 5' e 3' são alteradas (clivadas) por uma ribonuclease. Uma seqüência CCA-3' é adicionada (se já não estiver presente), e bases são modificadas em posições específicas, produzindo bases "raras".


Bioquímica Ilustrada

427

Estrutura do RNA consiste em [

Rib:se

j

'---~[.----J

l

Fosfato em uma ligação diéster

J

[,--8-a}--'e'--s----., consistindo '-----,J _ ___J em

e Adenina e Uracila • Citosina e Guanina

produzmdo

t

Ribonucleotideos I polfmeros dos quais formam

t

[

RNAr

l

J

características estrutura~s incluem • Associa-se com proteínas • Espécies de três tamanhos em procariotos • Espécies de quatro tamanhos em eucariotos

t

t

RNAt

[ RNAm eucariótico

características

e~truturais incluem

estruturai~inc/uem

l

funciona como

~ Componente estrutural dos ribossomos

• Bases raras • Amplo pareamento intracadeia de bases • Existe pelo menos um tipo específico de molécula para cada um dos 20 aminoácidos encontrados nas proteínas e CCA-3'

r--

características

funciona como

Molécul a adaptadora que carrega um aminoácido específico ao complexo ribossomo/RNAm

• " Cauda" de Poli-A em 3' • " Quepe" de 7metilguanosina em 5'

funciona como

~ Molde para a síntese protéica

Transcrição Eucariótica: Síntese de RNA Direcionada por DNA consiste em

requer

t Ligação de fatores de transcrição protéicos e da RNA-polimerase aos s ítios do promotor no iníc io do gene que é facilitado por

t Fatores de transcrição ligados a seqüências estimuladoras, em sítios longe do gene

requer

requer

t Desenrolamento local da hélice de DNA pela RNApolimerase

Corte-junção dos éxons do RNAm, para eliminar os fntrons não-codificantes resulta em

seguido de

t

Síntese 5' ~ 3' de um transcrito de RNA, codificado pelo molde de DNA lido na direção 3'~ 5'

t Liberação da RNApolimerase e do transcrito recém-sintetizado a partir do DNA

Clivagem e remoção de extrem idades dos RNA pré-ribossomais

Clivagem e modificação de bases no RNAt

Adição ao RNAm de uma "ca uda" de poli- A em 3' e de um " quepe" de 7-metilguanosina em 5'

Figura 30.20 Mapa de conceitos-chave para a estrutura e a síntese do RNA.


428

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Questões para Estudo Escolha a ÚNICA resposta correta. 30.1 Uma criança do sexo masculino, com um ano de idade, apresentando anemia crônica, é diagnosticada com (3talassemia. A análise genética mostra que um dos genes de (3-globina possui uma mutação de G para A, que cria um novo sítio receptor de corte-junção 19 nucleotídeos acima do sítio receptor de corte-junção normal do primeiro íntron. Qual das alternativas seguintes melhor descreve a nova molécula de ANA mensageiro que pode ser produzida a partir deste gene mutante? A. B. C. D. E.

O éxon 1 será muito curto. O éxon 1 será muito longo. O éxon 2 será muito curto. O éxon 2 será muito longo. O éxon 2 ficará faltando.

30.2 Uma cultura de E. coli c rescida em meio contendo lactose como sua única fonte de energia é repentinamente suplementada com a adição de uma grande quantidade de glicose. Qual alteração ocorre nessas bactérias para causar um decréscimo dramático na taxa de síntese da (3-galactosidase? A. A prote ína CAP dissocia-se do seu sítio de ligação no DNA. B. A proteína CAP liga-se ao seu sítio de ligação no DNA. C. O indutor dissocia-se do repressor. D. O repressor dissocia-se do operador. E. O repressor liga-se ao operador. 30.3 A seqüência de bases da fita de DNA usada como molde para a transcrição possui a seqüência 'de bases GATCTAC. Qual é a seqüência de bases do RNA produzido? (Todas as seqüências estão escritas de acordo com a convençãopadrão.) A. B. C. D. E.

CTAGATG GTAGATC GAUCUAC CUAGAUG GUAGAUC

30.4 Uma criança de quatro anos que facilmente se cansa e que apresenta problemas ao caminhar é diagnosticada com a dist rofia muscular de Duchenne, uma doen ça recessiva ligada ao X. A análise genética mostrou que o gene do paciente para a proteína muscular distrofina contém uma mutação na região promotora. Qual seria o efeito mais provável dessa mutação? A. O início da transcrição da distrofina será deficiente. B. O término da transcrição da distrofina será deficiente. c. A colocação do quepe no RNAm da distrofina será deficiente. D. O corte-junção do RNAm da distrofina será deficiente. E. A colocação da cauda no RNAm da distrofina se rá deficiente.

Resposta correta = D. Uma vez que a mutação adicionar um sítio receptor de corte-junção adicional (na extremidade 3') no íntron 1 acima (isto é, na direção da extremidade 5'), os 19 nucleotídeos que são normalmente encontrados na extremidade 3' do laço do íntron 1 excisado podem ficar para trás, como parte do éxon 2, em resultado de um corte-junção aberrante. O éxon 2 pode, dessa forma, possuir esses 19 nucleotídeos extras na sua extremidade 5'. A presença desses nucleotídeos ex1ras na região codificante na molécula de RNA mensageiro mutante irá impedir que o ribossomo traduza a mensagem em uma molécula protéica de (3-globina normal. Aqueles RNAm nos quais o sítio de corte-junção normal é usado para remover o primeiro íntron serão normais, e a sua tradução irá produzir a proteína (3-globina normal.

Resposta correta = A. A adição de glicose induz a diminuição da produção de AMP cíclico. Na ausência de AMP cíclico, a proteína CAP não consegue manter-se ligada a seu sítio de ligação no DNA. Um sítio vazio de ligação à CAP é incapaz de auxiliar a RNA-polimerase a iniciar a transcrição, de maneira que a taxa de transcrição diminui. Uma produção de RNAm menor resulta na síntese diminuída de ~-galactosidase. Uma vez que a lactose ainda está presente, o indutor (alolactose) permanece liga do ao repressor. o qual continua sendo incapaz de ligar-se ao operador.

Resposta correta = E. Todas as seqüências estão escritas na convenção-padrão (5'~3') . O RNA produzido possui uma seqüência que é complementar à seqüência da fita-molde de DNA. A uracila (U) é encontrada no RNA em lugar da timina (T) no DNA. Assim, o molde de DNA 5'- GATCTAC·3' produ· ziria o RNA 3'-CUAGAUG-5' ou, escrito corretamente na direção-padrão, 5'-GUAGAUC-3'.

Resposta correta = A. Mutações no promotor impedem a formação do complexo transcricional da RNA·polimerase 11, e o início da síntese de RNAm será bastante diminuído. Uma deficiência no RNAm da distrofina irá resultar em uma deficiência na produção da proteína distrofina.


Síntese Protéica

I. VISÃÓ GERAL A informação genética, armazenada nos cromossomos e transm itida para as células-filhas pela replicação do DNA, é expressa pela transcrição para o RNA e, no caso do RNAm, subseqüentemente traduzida nas cadeias polipeptídicas (Figura 31.1 ). A via de síntese protéica é chamada de tradução porque a "linguagem" da seqüência nucleotídica no RNAm é traduzida para a linguagem de uma seqüência de aminoácidos. O processo de tradução necessita de um cód igo genético, por meio do qual a informação contida na seqüência nos ácidos nucléicos é expressa para produzir uma seqüência específica de aminoácidos. Qualquer alteração na seqüência nos ácidos nucléicos pode resultar em um aminoácido inadequado sendo inserido em uma cadeia polipeptídica, potencialmente causando uma doença ou mesmo a morte do organismo. Muitas cadeias polipeptídicas são modificadas covalentemente após a sua síntese para serem ativadas, para alterar as suas atividades ou para direcioná-las a suas destinações finais, intracelulares ou extracelulares.

11.

DNA

~ I I I TRANSCRIÇÃO

l RNAt

v

O CÓDIGO GENÉTICO

O código genético é um dicionário que identifica a correspondência entre uma seqüência de bases nucleotídicas e uma seqüência de aminoácidos. Cada palavra individual no cód igo é composta de três bases nucleotídicas. Essas palavras genéticas são chamadas de códons.

RNAr

RNAm

A. Códons Os códons são normalmente apresentados na linguagem do RNA mensageiro, usando adenina (A) , guanina (G), citosina (C) e uracila (U). As suas seqüências nucleotídicas estão sempre escritas da extremidade 5' para a extremidade 3'. As quatro bases nucleotídicas são usadas para produzir os códons de três bases. Existem, portanto, 64 combinações diferentes de bases, utilizando três bases de cada vez, como mostrado na Figura 31.2 1.

Como traduzir um códon. Esta tabela (ou "dicionário") pode ser usada para traduzir qualquer seqüência de códons e, assim, determinar quais aminoácidos estão codificados em uma seqüência de

Proteína

Figura 31.1 Síntese protéica ou "tradução".


430

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

BASE INTERMEDIÁRIA

BASE 5'

u

o

c

Estas quatro linhas mostram 16 aminoácidos cujos códons iniciam com (S')A.

,,,,

A{

"'

r---

fJ

Esta coluna mostra 16 aminoácidos cujos códons possuem como base intermediária U.

i_j>(

c

A

G

Ph e Phe Leu Leu

Ser Ser Ser Ser

Tyr Tyr Término Término

Cys Cys Término Trp

Leu Leu Leu Leu

Pro Pro Pro Pro

H is H is Gln Gln

Arg Arg Arg Arg

lle lie lle Met

Thr Thr Thr Thr

Asn Asn Lys Lys

Ser Ser Arg Arg

Asp Asp Glu Glu

Gly Gly Gly Gly

Vai \ Ala

G

Vai Vai Vai

--

v

BASE 3'

u

Ala Ala Ala ........

a

u

c A

G}~

r--

u

c A

G} ~ u

c A

G}~

~ Estas quatro linhas separadas ' mostram 16 '-aminoácidos cujos códons terminam (3') com um G.

'

-

u

c

~}~

O códon 5'-AUG-3' designa a metionina (Met). - ·c·

Figura 31.2 Uso da tabela do código genético para traduzir o códon AUG.

u

RNAm. Por exemplo, o códon 5'-AUG-3' codifica a metionina (veja a Figura 31 .2). Sessenta e um dos 64 códons codificam os 20 aminoácidos convencionais.

A

r~.: :1!~

(Códon de terminação)

2.

.."

<D

a

B . Características do código genético

(Códon para serina)

l

Códons de terminação ("parada" ou " sem sentido" ). Três dos códons, UAG, UGA e UAA, não codificam aminoácidos, mas são códons de terminação. Quando um desses códons aparece em uma seqüência de RNAm , ela sinaliza que a síntese da cadeia peptídica codificada por aquele RNAm está completa.

Mutação com perda de sentido

m U C~

(Códon para serin a)

@ CA (Códon para prolina)

Figura 31.3 Possíveis efeitos da mudança de uma única base nucleotídica na região codificante da cadeia de RN Am.

O uso do código genético é notavelmente consistente em todos os organismos vivos. Assume-se que uma vez que o código genético evoluiu nos organismos primitivos, qualquer mutação que alterasse a maneira pela qual o código é traduzido teria causado a alteração da maioria - se não de todas - as seqüências protéicas, o que teria certamente sido letal. A adoção do código genético tem sido descrita como "um acidente congelado no tempo". As características do código genético incluem as seguintes: 1.

Especificidade. O código genético é específico (não-ambíguo), ou seja, um determinado códon sempre codifica para o mesmo aminoácido.

2.

Universalidade. O código genético é praticamente universal, ou seja, a especificidade do código genético tem si do conservada desde os


Bioqu ímica Ilustrada

estágios mais precoces da evolução, com somente pequenas diferenças na maneira pela qual o código é traduzido. (Nota: Uma exceção ocorre na mitocôndria, na qual alguns poucos códons possuem significados diferentes daqueles mostrados na Fi gura 31.2.) 3.

4.

Redundância. O código genético é redundante (algumas vezes chamado de degenerado). Embora cada códon corresponda a um único aminoácido, um dado aminoácido pode possuir mais de uma trinca que o codifica. Por exemplo, a arginina é especificada por seis códons diferentes (veja a Figura 31 .2). Sem sobreposições e contínuo. O código genético não apresenta sobreposições e é contínuo, ou seja, o código é lido a partir de um ponto inicial fixo como uma seqüência contínua de bases, tomadas três a três. Por exemplo, ABCDEFGHIJKL é lida como ABC/DEF/GH I/ JKL, sem qualquer "pontuação" entre os códons.

Doença de Huntington

Doença de Huntington

5'

--I(===:E["fEJ--- AAAA /"\ (CAG)11·34 Repet ições em tandem de trincas CAG codificando a glutamina

O gene para a proteína huntingtina é traduzido com repet ições anormais de glutam ina

C. Conseqüências de alteração na seqüência nucleotídica A alteração de uma única base nucleotídica na cadeia .de RNAm (uma "mutação pontual") pode levar a qualquer de três resultados (Figura 31.3): 1.

Mutàção silenciosa . O códon contendo a base alterada pode codificar o mesmo aminoácido. Por exemplo, se ao códon da serina UCA for inserida uma terceira base diferente - U - para tornar-se UCU, ele ainda codifica a serina. Dessa forma, essa é denominada uma mutação "silenciosa".

2.

Mutação com perda de sentido: O códon contendo a base alterada pode codificar um aminoácido dife rente. Por exemplo, se ao códon da serina, UCA, for inserida uma primeira base diferente - C - para tornar-se CCA, ela irá codificar um aminoácido diferente, nesse caso, prolina. Essa substituição por um aminoácido incorreto é chamada de mutação "com perda de sentido".

3.

Mutação sem sentido. O códon contendo a base alterada pode tornar-se um códon de terminação. Por exemplo, se ao códon da serina, UCA, for inserida uma segunda base diferente - A - para tornar-se UAA, o novo códon induz o térm ino da tradução naquele ponto. A criação de um códon de terminação em um local inapropriado é chamada de mutação "sem sentido".

4.

Outras mutações. Essas podem alterar a quantidade ou estrutura da proteína produzida pela tradução. a.

Expansão de repetições trinucleotídicas. Ocasionalmente, uma seqüência de três bases que são repetidas em tandem torna-se amplificada em número, de maneira que ocorrem muitas cópias de uma trinca. Se isso ocorrer dentro da região codificante de um gene, a proteína irá conter muitas cópias extras de um aminoA..Qlilil. Por exemplo, a amplificação do códon CAG leva à inserção de muitos resíduos extras de glutamina na proteína huntingtina, causando uma desordem neurodegenerativa chamada doença de Huntington (Figura 31.4). As glutaminas adicionais resultam em proteínas instáveis, que induzem o acúmulo de agregados protéicos. Se as repetições de trinucleotídieos ocorrem na porção nãotraduzida de um ge ne, o resultado pode ser um decréscimo na quantidade da proteína produzida, como visualizado, por exemplo, na síndrome do X frágil e na d istrofia miotônica.

431

Proteínas e peptídeos agregados

Outras doenças de expansão de trincas

Figura 31 .4 Função das trincas repetidas em tandem no RNAm na indução da doença de Huntington e de outras doenças de expansão gênica.


432

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Adição de base

b.

Mutações em s ít io s d e corte-junção. Mutações nos sítios de corte-junção (veja a pág. 425) podem alterar a maneira pela qual os introns são removidos das moléculas de pré-RNAm, produzindo proteínas aberrantes.

c.

Mutações c o m alteração d o módu lo de leitura. Se um ou dois nucleotídeos são tanto perdidos como adicionados de uma seqüência mensageira, ocorre uma mutação com alteração do jD.Ó.dl.llo....d.e...Jeitura, e a leitura do módulo é alterada. A seq"Tiencrã de aminoácidos resultante pode tornar-se radicalmente diferente a partir desse ponto (Figura 31.5). (Nota: Se três nucleotídeos forem adicionados, um novo aminoácido é adicionado ao peptídeo ou , se três nucleotídeos forem deletados, um aminoácido é perdido. Nessas situações, o módulo de leitura não é alterado.)

RNAm

U C A m e CU A U G G C U w

~~ '----.,--/ '----.,--/

Ser

Ser

Tyr

1

Gly

Adição de U

I!J

+ ~~~~ f

J !

\.._ Extremidade 5'

C .........

_/

Extremi dade 3' Deleção de C

~UCACUAUGGCU '----.,--/~'---..----'

Ser

Leu

Trp

Deleção de base Figura 31.5 Mutações com alteração do módulo de leitura resultantes da adição ou da deleção de uma base podem causar uma alte ração na leitura do módulo do RNAm.

Metionina

r· í ' Acc

Extremidade 5'

III.

COM PONENTES NECESSÁRIOS PARA A TRADUÇÃO

Um grande número de componentes é necessário para a síntese de uma cadeia polipeptídica. Esses componentes inclue m todos os a minoácidos que são encontrados no produto final - o RNAm a ser traduzido, os RNAt, ribossomos funcionais, fontes de energia e enzimas, assim como os fatores protéicos necessários para o início, o alongamento e a terminação da cadeia polipeptídica. A. A min o ácidos Todos os aminoácidos que irão aparecer na proteína final precisam estar presentes no momento da síntese protéica. (Nota: Se um aminoácido está faltando [por exemplo, se a dieta não contém um aminoácido essencial], aquele aminoácido apresenta um suprimento limitado na célula, e a tradução, dessa forma, será interrompida no códon que especifica aquele aminoácido. Isso demonstra a importância de se ter todos os aminoácidos essenciais em quantidades suficientes na dieta, para garantir uma síntese protéica continuada [veja a pág. 259 para uma discussão acerca dos aminoácidos essenciais].)

Extremidade 3'

B. RNA t ra nsport ador (RNAt)

Anti.c ódon (5'-CAU-3')

Ligação com plementar (antiparalela)

UAC )

//

Pelo menos um tipo específico de RNAt é necessário por aminoácido. Em humanos, existem pelo menos 50 espécies de RNAt, enquanto bactérias contêm de 30 a 40 espécies. Uma vez que existem somente 20 .aminoácidos diferentes normalmente transportados pelos RNAt, alguns aminoácidos possuem mais de uma molécula de RNAt específica. Isso é especialmente verdadeiro para aqueles aminoácidos que são codificados por vários códons. 1.

Sítio de lígação ao aminoácido. Cada molécula de RNAt possui um sítio de ligação para um aminoácido específico na sua extremidade 3' (Figura 31.6) . O grupo carboxila do aminoácido estabelece uma ligação éster com a hidroxila da porção ribosídica do nucleotídeo de adenosina, na extremidade 3' do RNAt. (Nota: Quando um RNAt possui um aminoácido covalentemente ligado, é dito estar carregado; quando o RNAt não está ligado a um aminoácido, é descrito como estando não-carregado.) O aminoácido que está ligado à molécu la de RNAt é dito como estando ativado.

2.

Anticódon. Cada molécula de RNAt também contém uma seqüência de nucleotídeos de três bases - o anticódon - que reconhece um

1111111 ' [ : ; / "V'VVVVV'VVV' \

6

li

~;

Extremidade 5' Extremidade 3' Cód on

Figu ra 31.6 Ligação complementar e antiparalela do anticódon do RNAt-metionina (CAU) ao códon do RNAm para metionina (AUG).


433

Bioquímica Ilustrada

códon específico no RNAm (veja a Figura 31.6). Esse códon especifica a inserção, na cadeia peptídica em crescimento, do aminoácido ca rregado por aquele RNAt. (Nota: Devido a sua habilidade, tanto de transportar um aminoácido específico, como de reconhecer o códon para aquele aminoácido, os RNAt são conhecidos como moléculas adaptadoras.)

Aminoácido

~ATP

Ammoacii-RNAt. síntetase

( E )

PP;-*2P;

E-AMP-Aminoácido

C. Am inoacii-RNAt sintetases Essa família de enzimas é necessária para a ligação dos aminoácidos aos seus RNAt correspondentes. Cada membro dessa famíl ia reconhece um determ inado aminoácido e os RNAt que correspondem a ele. Dessa forma, essas enzimas implementam o código genético, porque atuam como dicionários genéticos, que podem ler tanto o código de três letras dos ácidos nucléicos como o código de 20 letras dos aminoácidos. Cada aminoaciiRNAt-sintetase catalisa uma reação de duas etapas, que resulta na ligação covalente do grupo carboxila de um aminoácido à extremidade 3' do seu RNAt correspondente. A reação geral necessita de ATP, o qual é clivado em AMP e PP; (Figura 31.7). A grande especificidade da sintetase no reconhecimento de ambos, o aminoácido e o seu RNAt especifico, é bastante respon sável pela alta fidelidade da tradução da mensagem genética. Além disso, a~.. sintetases possuem atividade de "revisão" ou "edição", podendo remover da molécula de RNAt aminoácidos mal colocados.

E CCA- Aminoácido

D. ANA mensageiro (RNAm) O RNAm específico, necessário como molde para a síntese da cadeia polipeptídica desejada, precisa estar presente. Aminoacii-RNAt

E. Ribossomos fu ncionalmente competentes Os ribossomos são grandes complexos de proteína e de RNAr (Figura 31.8). Eles consistem em duas subunidades- uma grande e uma pequena - cujos tamanhos relativos são geralmente dados em termos dos seus coeficientes de sedimentação, ou valores S (Svedberg) . (Nota: Uma vez que os valores S são determ inados tanto pela for ma como pela massa molecular, os seus valo res numéricos não são estritamente aditivos. Por exemplo, as subunidades ribossomais procarióticas 50S e 30S juntas formam um ribossomo com um valor S de 70. As subunidades eucarióticas 60S e 40S formam um ribossomo de 80S.) Os ribossomos procarióticos e os eucarióticos são semelhantes em estrutura e apresentam a mesma função, ou seja, atuam como "fábricas" nas quais ocorre a síntese protéica.

1.

ANA ribossomal (RNAr). Como discutido na pág. 414, os ribossomos procarióticos contêm três molécu las de RNAr, enquanto os ribossomos eucarióticos contêm quatro moléculas de RNAr (veja a Figura 31.8) . Os RNAr possuem regiões extensas de estrutura secundária, resultantes do pareamento de bases de seqüências complementares de nucleotídeos em diferentes porções da molécula. A formação de regiões de fita dupla intramoleculares é comparável à formada no RNAt.

2.

Proteínas ribossomais. Proteínas ribossomais estão presentes em números considerave lmente maiores nos ribossomos eucarióticos do que nos ribossomos p rocarióticos. Essas proteínas desempenha m vários papéis na estrutura e na função dos ribossomos e nas suas interações com outros componentes do sistema de tradução.

Figura 31.7 Ligação de um aminoácido específico ao seu RNAt correspondente pela aminoaci/-RNAt-sintetase (E).


434

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

3.

Sítios A , P e E no ribossomo. O ribossomo possui três sítios de ligação para as moléculas de RNAt - os sítios A, P e E - cada um dos quais se estende através de ambas as subunidades. Juntos, eles cobrem três códons vizinhos. Durante a tradução, ao sítio A liga-se o aminoacii-RNAt que está chegando, direcionado pelo códon que esteja ocupando no momento esse sítio. Esse códon especifica o próximo aminoácido a ser adicionado à cade ia peptídica em crescimento. O códon do sítio P está ocupado pelo peptidii-RNAt. Esse RNAt carrega a cadeia de aminoácidos que já foi sintetizada. O sítio E está ocupado pelo RNAt vazio e está próximo de deixar o ribossomo. (Veja a Figura 31.13 , na pág. 438, para uma ilustração acerca da função dos sítios A, P e E na tradução.)

4.

Localização celular dos ribossomos. Nas células eucarióticas, os ribossomos estão ou "livres" no citosol ou em uma associação íntima com o retículo endoplasmático (o qual é então chamado de RE "rugoso" ou RER). Os ribossomos associados ao RER são responsáveis por sintetizar as proteínas que devem ser exportadas da célula, assim como aquelas que estão destinadas a tornarem-se integradas às membranas plasmáticas, do RE ou do Golgi, ou incorporadas aos lisossomos (veja a pág.167 para uma visão geral do último processo). (Nota: As mitocôndrias contêm o seu próprio conjunto de ribossomos e os seus próprios DNAs circulares únicos.)

RIBOSSOMO PROCARIÓTICO

G

g I 70S

I\

\

0

::NA C?4 235 RNA

165 RNA

'V

Ir

32 Proteínas

21 Proteínas

RIBOSSOMO EUCARIÓTICO

F.

Fatores protéicos Os fatores de iniciação, along amento e terminação (ou li beração) são necessários para a síntese protéica. Alguns desses fatores protéicos desempenham funções catalíticas, enqua nto que outros parecem estabilizar a maquinaria de síntese.

0

I \ ') '-t::;:: ;::J____;= :d ~./)

A cl ivagem de quatro ligações de alta energia é necessária para a adição de um aminoácido na cadeia polipeptídica em crescimento: duas do ATP na reação da aminoaci/-RNA t-sintetase - uma na remoção de pirofosfato (PP;) e uma na hidrólise subseqüente do PP; para fosfato inorgânico pela pirofosfatase - e duas a partir de GTP (uma para a ligayão do aminoaciiRNAt ao sítio A e .uma para a etapa de translocação (veja a Figura 31.13, pág. 438]}. (Nota: Moléculas adicionais de ATP e GTP são necessárias para a iniciação e terminação da síntese da cadeia polipeptídica.)

~

SS RNA

RNA 28S

'

G. ATP e GTP são necessários como fontes de energia

- 50 Proteínas

RNA 18S - 30 Proteínas

Figura 31.8 Composição ribossomal. (O número de proteínas nas subunidades ribossomais eucarióticas varia, em certo grau, de espécie para espécie.)

IV.

RECONHECIMENTO DOS CÓDONS PELO RNAt

O reconhecimento de um determinado códon em uma seqüência de RNAm é feito pela seqüência do anticódon do RNAt (veja a Figura 31.6). Alguns RNAt reconhecem mais de um códon para um dado aminoácido. A. Ligação antiparalela entre o códon e o anticódon A ligação do anticódon do RNAt ao códon do RNAm segue as regras da ligação complementar e antiparalela, ou seja, o códon do RNAm é "lido" de 5' ~ 3 ', pelo pareamento com um anticódon na orientação "invertida" (3'~ 5' ) (Figura 31.9). (Nota: Quando escrever as seqüências de ambos, códons e anticódons, a seqüência nucleotídica precisa SEMPRE estar listada na ordem 5 ' ~ 3'.)


Bioquímica Ilustrada

B. A hipótese d a o scilação

Ser ina

O mecanismo pelo qual o RNAt pode reconhecer mais de um códon para um determinado aminoácido é descrito pela hipótese da "oscilação", na qual a base na extremidade 5' do anticódon (a "primeira" base do anticódon) não é tão definida espacialmente como as duas outras bases. O movimento daquela primeira base permite um pareamento de bases nãotradicional com a base 3' do códon (a "última" base do códon). Esse movimento é chamado de "oscilação" e permite que um único RNAt reconheça mais de um códon. Exemplos desses pareamentos flexíveis são mostrados na Fi gura 31 .9. O resultado da oscilação é que não são necessárias 61 espécies de RNAt para ler os 61 códons que cod ificam os aminoácidos.

V.

ETAPAS PARA A SÍNTESE PROTÉICA

A via da síntese protéica traduz o alfabeto de três letras das seqüências nucleotídicas no RNAm para o alfabeto de 20 letras de aminoácidos que constituem as proteínas. O RNAm é traduzido a partir da sua extremidade 5' para a sua extremidade 3', produzindo uma proteína sintetizada a partir da s'ua extremidade aminoterminal para a sua extremidade carbox~terminal. Os RNAm procarióticos possuem freqüentemente várias regiões codificantes, ou seja, eles são po licistrõ'hicos (veja a pág. 420). Cada região cod ificante possui o seu próprio códon de iniciação e produz uma espécie distinta de polipepdídeo. Por outro lado, cada RNAm eucariótico codifica somente uma cadeia polipeptídica, ou seja, é monocistrô nico . O processo de tradução é dividido em três etapas separadas: iniciação, alongamento e terminação. As cadeias polipeptídicas produzidas podem ser transformadas por modificações pós-traducionais. A síntese protéica eucariótica assemelha-se à dos procariotos na maioria dos detalhes. (Nota: As diferenças individuais estão mencionadas no texto.) A. Iniciação A iniciação da síntese protéica envolve a montagem dos componentes do sistema de tradução antes que ocorra a formação da ligação peptídica. Esses componentes incluem as duas subunidades ribossomais, o RNAm a ser traduzido, o aminoacii-RNAt especificado pelo primeiro códon na mensagem, GTP (o qual fornece energia para o processo) e fatores de iniciação, que facilitam a montagem desse complexo de iniciação (veja a Figura 31.13). (Nota: Nos procariotos, t rês fatores de iniciação são conhecidos (IF-1 , IF-2 e IF-3], enquanto nos eucariotos existem pelo menos 10 [designados eiF para indicar a origem eucariótica].) Existem dois mecanismos pelos quais o ribossomo reconhece a seqüência nucleotídica que inicia a tradução: 1.

Seqüên cia de Shine-Dalgarno. Em E. coli, uma seqüência de bases nucleotídicas rica em purinas (por exemplo, 5'-UAAGGAGG-3'), conhecida como seqüência de Shine-Dalgarno, está localizada de 6 a 1o bases acima do códon AUG na molécula de RNAm - ou seja, próximo a sua extremidade 5'. O componente de RNA ribóssomal 168 da subunidade ribossomal 308 possui uma seqüência nucleotídica próxima a sua extremidade 3' que é complementar a toda ou parte da seqüência de 8hine-Dalgarno. Dessa forma , a extremidade 5' do RNAm e a extremidade 3' do RNA ribossomal 168 podem formar pares de bases complementares, facilitando assim a ligação e o posicionamento do RNAm na subunidade ribossomal 308 (Figura 31.1 0). (Nota: As men-

'

435

ACC3•

5'

Anticódon (5'-UGA-3')

Paream en to tr adici o· O pareamento não· na I de bases, obsertr adicional de bases vado na primeir a e na · é possível entre a segunda posições terceira posição (3') do códon: do códon e a primeiANAl ANAm ra posição (5') do (A u) an ticódon:

(G

c)

(u

A)

(c

G)

ANAl

ANAm

(A

U)

[G

5]

g D

Figura 31 .9 Oscilação: Pareamento nãotradicional de bases entre o nucleotídeo 5' (primeiro nucleotídeo) do anticódon e o nucleotídeo 3' (último nucleotídeo) do códon. I= inosina.


436

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

RNA mensageiro

Extremidade 3\

,

AUUCCUCC

1111 11111 111 11111111

Extremidade 5' ~ AA G G AG G ~ A U G ..,...,...'VV"'""fVV"'""fV'V'V'I)'v- Extremidade 3' ~

Seqüência de Shine-Dalgarno

Subunidade ribossomal 305

Figura 31.10 Ligação complementar entre a seqüência de Shine-Dalgarno do RNAm procariótico e o RNA r 16S

sagens eucarióticas não possuem seqüências de Shine-Dalgarno. Nos eucariotos, a subunidade ribossomal 40S liga-se à estrutura quepe na extremidade 5' do RNAm e move-se ao longo do RNAm até encontrar o códon AUG iniciador.)

<?Ha s I

y H2 y H2 CCA -~ - y- NH2

2.

~

RNAt Inici ador 10 N -Formii-THF

~Transformllase y H3

THF

Códon de iniciação. O códon AUG no início da mensagem é reconhecido por um RNAt iniciador especial que entra no sítio ribossomal P. Esse reconhecimento é facilitado pelo IF-2 em E. coli e por vários eiF em humanos. (Nota: Somente o RNAt iniciador vai até o sítio P - todos os outros RNAt carregados entram no sítio A.) Em bactérias e na mitocôndria, o RNAt iniciador carrega uma metionina N-formilada (Figura 31 .11 ). O grupo formila é adicionado à metionina após o aminoácido ser ligado ao RNAt iniciador, pela enzima transformilase, a qual usa 10 N -form il-tetraidrofolato (veja a pág. 265) como o doador de carbono. Nos eucariotos, o RNAt iniciador carrega uma metionina que não está formilada. (Nota: Em ambas, células procarióticas e mitocôndrias, essa metionina N-terminal é normalmente removida antes da proteína ser " completada.)

SI

8. Alongamento

y H2 CH2 H 0 I // CCA - C - C - N - C

" H" O

'H

fMet-RNAt

Figura 31.11 Geração do RNAt iniciador, N-formilmetionina-RNAt (IMet-RNAt).

O alongamento da cadeia polipeptídica envolve a adição de aminoácidos na extremidade carboxila da cadeia em crescimento. Durante o alongamento, o ribossomo move-se da extremidade 5' para a extremidade 3' do RNAm que está sendo traduzido. O encaminhamento do aminoacii-RNAt, cujo códon aparece a seguir no molde de RNAm no sítio A ribossomal , é facilitado, em E. co/í, pelos fatores de alongamento EF-Tu e EF-Ts e necessita de GTP. (Nota: Nos eucariotos, fatores de alongamento co mparáveis são denominados eEF.) A formação das ligações peptídicas é catalisada pela peptidiltransferase, uma atividade intrínseca ao RNAr 23S encontrado na subunidade SOS ribossomal (Figura 31.12}. (Nota: Devido a esse RNAr catalisar a reação, o mesmo é referido como ribozima.) Após a ligação peptídica ter sido formada, o ribossomo avança três nucleotídeos em direção à extremidade 3' do RNAm. Esse processo é conhecido como translocação e, em E. coli, requ er a participação de EF-G e GTP (as células eucarióticas possuem necessidades semelhantes). Isso induz o movimento do ANA! não-carregado para o sítio ribossomal E (antes de ser liberado) e


Bioquímica Ilustrada

437

o movimento do peptidii-RNAt para o sítio P. As etapas da síntese protéica em um organismo procariótico, a bactéria E. co/i, estão resumidas em detalhe na Figura 31.13. C. Terminação A terminação ocorre quando um dos três códons de terminação move-se para o sítio A. Esses códons são reconhecidos em E. coli pelos fatores de liberação, que são os seguintes: RF-1, o qual reconhece os códons de terminação UAA e UAG; RF-2, o qual reconhece UGA e UAA; e RF-3, o qual liga-se a GTP e estimula a atividade de RF-1 e RF-2. Esses fatores induzem a liberação da proteína recém-sintetizada, que se separa do comp lexo ribossomal , e, ao mesmo tempo, induzem a dissociação do ribossomo do RNAm (veja a Figura 31.1 3). (Nota: Os eucariotos possuem um único fator de liberação, eRF, que também se liga a GTP.) O polipeptídeo recém-sintetizado pode sofrer modificações adicionais, como descrito a seguir, e as subunidades ribossomais, o RNAm, os RNAt e os fatores protéicos podem ser reciclados e usados para sintetizar outro polipeptídeo. Alguns inibidores do processo de síntese protéica estão ilustrados na Figura 31.13. Além disso, a ricina (da mamona) é uma toxina muito potente, que exerce os seus efeitos pela remoção de uma adenina do RNA ribossomal 28S, dessa forma inibin.po os ribossomos eucarióticos.

RNAm

Peptidiltransferase

D. Polissomos A tradução inicia na extremidade 5' do RNAm, com o ribossomo seguindo ao longo da molécula de RNA. Devido ao comprimento da maioria dos RNAm, geralmente mais de um ribossomo pode traduzir uma mensagem ao mesmo tempo (Figura 31.14). Tal comp lexo de um RNAm e vários ribossomos é chamado de polissomo ou polirrlbossomo. E. Direcionamento protéico Embora a maior parte da síntese protéica ocorra no citoplasma das células eucarióticas, muitas proteínas estão destinadas a desempenhar as suas funções dentro de organelas celulares específicas. Tais proteínas normalmente contê m seqüências de aminoácidos que direcionam essas proteínas para a sua localização final. Por exemplo, as proteínas nucleares contêm um "sinal de localização nuclear", enquanto as proteínas mitocondriais possuem uma "seqüência de entrada mitocondrial".

F.

Regulação da tradução Embora a expressão gênica seja mais comumente regulada no nível transcricional , algumas vezes a taxa de síntese protéica também é regulada. Por exemplo, o heme estimula a tradução geral, impedindo a fosforilação do fator de iniciação eucariótico eiF-2, o qual somente está ativo na sua forma não-fosforilada. A tradução de algumas moléculas de RNA mensageiro é regulada pela ligação de proteínas reguladoras, as q uais algumas vezes bloqueiam a tradução (por exemplo, do RNAm da ferritina) e algumas vezes estabilizam o RNAm, assim aumentando seu tempo de vida (por exemplo, do RNAm do receptor da transferrina). (Nota: Na presença de suprimentos adequados de ferro, essas proteínas regu ladoras dissociam-se das moléculas de RNAm, induzindo o aumento da taxa de síntese de ferritina e a diminuição da taxa de síntese do receptor da transferrina.)

Figura 31.12 Formação de uma ligação peptídica.


438

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

ESTREPTOMICINA 1 Liga-se à subunidade 30S e distorce sua estrutura, interferindo com a iniciação da síntese proté ica.

tNJCIAÇÃO ~ GTP é clivado e os fatores de iniciação são liberados quando a subunidade 50S chega para formar o complexo de inic iação 70S.

U

AG--- C G G U A A """"'- 3'

I F ·3

IF-1

o

.-\__ RNAm

IF-2

Fatores de iniciação auxiliam na formação do complexo d e iniciação 30S.

~Sítio A

SítioE_y

TETRACICLINAS2 Fenila lanii-RNAt

Interagem com as s ubunidades ribossoma is pequenas, bloqueando o acesso do aminoaciiRNAt ao complexo RNAmribossomo .

n

1:,11

Ligação peptídica

n

Iii!

1

Continua na próxima página

Fatores de a longamento direc ionam a ligação do RNAt apropriado ao códon no sítio A vazio.

A p ept idiltrans ferase, um componente da subunidade ribos· somai 50S, transfere o aminoácido (ou cadeia peptídica) do sítio P ao aminoácido no sítio A e catalisa a formação da ligação peptídica.

PUROMICINA

CLORANFENICOL3

Apresenta semelhança estrutural com o aminoacii-RNAt e incorpora-se à cadeia peptídica em c rescimento, causando, dessa forma, a inibição do alongamento adicional em ambos, procariotos e eucariotos.

Inibe a peptidiltransferase procariótica. Altos níveis podem também inibir a síntese protéica mitocondrial.

Figura 31.13 Etapas na síntese protéica procariótica (tradução). (Continua na próxima página.)


Bioquímica Ilustrada

A

a

O ribossomo move-se por uma distância de três nucleotídeos ao longo do RNAm no sentido 5' •3' . ···->::·· · .

GTP GDP+ P;

·~···~;._

\.,f Translocação

EF·G

<

CLINDAMICINA 4 e ERITROMICINA5 Ligam-se irreversivelmente a um sítio na subunidade SOS do ribossomo bacteriano, dessa forma inibindo a translocação. UAC

TOXINA DIFTÉRICA I nativa o fator de alongamento eucariótico, eEF-2, dessa forma impedindo a translocação.

• 1 ~l

As etapas 3, 4 e 5 são repetidas até que o peptídeo em crescimento esteja completo.

l'ERaNAÇÃO Códonde terminação

3'

Um códon de terminação é reconhecido por um fator de liberação (RF), o qual ativa a liberação do peptídeo recémsintetizado e a dissolução do complexo de síntese. Peptídeo completo

5'-vvvvvvvA U G U U U A AG-- - C G G U A A """""3'

Reciclados

Figura 31 .13 (Continuação) ,.s Veja o Capítulo 33 de Farmacologia Ilustrada (31 edição) e o Capítulo 31 (2° edição) para uma discussão acerca dos antibióticos que inibem a síntese protéica bacteriana.

439


440

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

~deias peptídicas em crescimento

~

~

NH2

NH2

Extremidade 5'

~

Extrem idade3'

o~

Figura 31.14 Um polirribossomo consiste em vários ribossomos traduzindo simultaneamente um RNAm.

VI.

MODIFICAÇÃO PÓS-TRADUCIONAL DAS CADEIAS POLIPEPTÍDICAS

Muitas cadeias polipeptídicas são modificadas covalentemente, tanto enquanto elas ainda estão ligadas ao ribossomo como após a sua síntese ter sido completada. Uma vez que as modificações ocorrem após a tradução ter sido iniciada, elas são chamadas de modificações pós-traducionais. Essas modificações podem incluir a remoção de parte da seqüência traduzida ou a adição covalente de um ou mais grupos químicos necessários para a atividade protéica. Alguns tipos de modificações pós-traducionais estão listados a seguir.

A. Clivagem Muitas proteínas destinadas para secreção da célu la são inicialmente produzidas como grandes moléculas precursoras, as quais não são funcionalmente ativas. Porções da cadeia protéica precisam ser removidas por endoproteases específicas, resu ltando na liberação d,a molécula ativa. O sítio celular da reação de clivagem depende da proteína a ser modificada. Por exemplo, algumas proteínas precurso ras são cl ivadas no RE ou no complexo de Golgi, outras nas vesículas secretoras em desenvolvi mento (por exemplo, a insulina; veja a Figura 23.4, pág. 307) e ainda outras, como o colágeno (veja a pág. 47), são clivadas após a secreção. Zimogênios são precursores inativos de enzimas secretadas (incluindo as proteases necessárias para a digestão). Eles são ativados por meio de clivagem, quando atingem os seus sítios de ação apropriados. Por exemplo, o zimogênio pancreático tripsinogênio é ativado produzindo tripsina no intestino delgado (veja a Figura 19.5, pág. 247). (Nota: A síntese de enzimas como os zimogênios protege a célula de ser digerida pelos seus próprios produtos.)

B. Alterações covalentes Proteínas, tanto enzimáticas como estruturais, podem ser ativadas ou inativadas pela ligação cova.!§n~e uma variedade de grupos qu ímicos. Exemplos dessas modificações incl uem (Figura 31.15):


Bioquímica Ilustrada

1.

Fosforilação. A fosfori lação ocorre nos grupos hidroxila da serina, da treonina ou, menos freqüentemente, nos resíduos de tirosina de uma proteína. Essa fosforilação é catalisada por uma família de proteínascinases e pode ser revertida pela ação das proteínas-fosfatases celulares. A fosfori lação pode aumentar ou diminuir a atividade funcional da proteína. Vários exemplos dessas reações de fosforilação foram previamente discutidos (por exemplo, veja o Capítulo 11 , pág. 123, para a regulação da síntese e da degradação do glicogên io).

2.

Glicosilação. Muitas das proteínas que estão destinadas a tornarem-se parte de uma membrana plasmática ou lisossomo ou a serem secretadas da célula possuem cadeias de carboidratos ligados a grupos hidroxila de serina ou treonina (O-ligados) ou ao nitrogênio amídico da asparagina (N-Iigados). A adição de açúcares ocorre em etapas, no retículo endoplasmático e no complexo de Golgi. O processo de produção de tais glicoproteínas foi discutido na pág. 156. Algumas vezes, a glicosilação é usada para direcionar proteínas para organelas específicas. Por exemplo, enzimas destinadas a serem incorporadas nos lisossomos são modificadas pela adição de resíduos de manose-6-fosfato (veja a pág . 166).

3.

Hidroxilação. Resíduos de prolina e lisina das cadeias o: do colágeno são intensamente hidroxilados no retículo endoplasmático. Uma discussão desse processo foi apresentada na pág. 47.

441

Fosforilaçâo Fosfato ~

o11 C=O I - o - P- 0 -CH2 - CH 11

I

O /

NH

~

Serina

Proteína

Tirosina

4.

Glicosilação

Outras modificações covalentes. Essas podem ser necessárias para a atividade funcional de uma proteína. Por exemplo, grupos carboxila adicionais podem ser inseridos em resíduos de glutamato, por carboxilação dependente de vitamina K (veja a pág. 387). Os resíduos resultantes de y-carboxiglutamato são essenciais para a atividade de várias das proteínas envolvidas no processo de coagulação sangüínea. A ligação de lipídeos, tais como os grupos farnesil , pode auxiliar na ancoragem de proteínas nas membranas. Além disso, muitas proteínas são acetiladas após a tradução.

ó

HOKf)~H ,

O H H

OH

I

NH

*"l~~

galactosamina

Proteínas que são defeituosas ou destinadas para uma reciclagem rápida são freqüentemente marcadas para destruição por ubiquitinação -a ligação de uma pequena proteína altamente conservada, chamada de ubiquitina (veja a pág. 244). Proteínas marcadas dessa forma são rapidamente degradadas por um componente celular conhecido como "proteassomo", que é um sistema proteolítico complexo, dependente de ATP, localizado no citosol.

c~o

O - CH2 - ~ H ~ Serina

NH

C. Degradação protéica

~

';?

CH20H

I l

9=0

NH - C -CH2 - CH ~ I

VIl.

RESUMO DO CAPÍTULO

Os códons são compostos de três bases nucleotídicas, normalmente presentes na linguagem do RNAm de A, G, C e U. Eles são sempre escritos de 5'-73'. Das 64 combinações possíveis de três bases, 61 codificam os 20 aminoácidos comuns e três sinalizam a terminação da síntese proté ica (tradução ). Alterar a seqüência nucleotídica em um códon pode causar mutações silenciosas (o códon alterado codifica o aminoácido original), mutações com perda de sentido (o códon alterado codifica um aminoácido diferente) ou mutações sem sentido (o códon alterado é um códon de terminação). Características do código genético incluem especificidade, universalidade e redundância , e ele é não-sobreposto e contínuo. Os requisitos para a síntese protéica incluem todos os aminoácidos que normalmente aparecem na proteína finalizada, pelo

J

~:

N~H

..--..._

Asparagina

c o I

/ "' N-Acetil· glicosamina

Figura 31.15 Modificações pós-traducionais de alguns resíduos de aminoácidos. (Continua na próxima página)


442

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Hidroxilação

Resíduo hidroxiprolil

Carboxilação Fatores de

~ ~ - CH-C ~coagulação 11, VIl,

CH 0

)

CH /

IX, X, maduros

2

I

Resíduo de ycarboxi glutamil (Gia)

"""

coo- coo·

Enzima ligada à biotina

H

~ N-CH -C ~

Resíduo de lisil da enzima

~

C H2

6

Ç H2

CH2

0 HNt .d ) CH2

o;m;oo

Biotinil-enzima

Proteína farnesilada

Grupo farnesil

Figura 31 .1 5 (Continuação)

menos um tipo específico de RNAt para cada aminoácido, uma aminoaciiRNAt sintetase para cada aminoácido, o RNAm codificante para a proteína a ser sintetizada, ribossomos totalmente competentes, os fatores protéicos necessários para a iniciação, o alongamento e a terminação da síntese protéica e ATP e GTP como fontes de energia. O RNAt possui um sítio de ligação para um aminoácido específico na sua extremidade 3' e uma região de anticódon, que pode reconhecer o códon especificando o aminoácido que o RNAt está carregando. Os ribossomos são grandes complexos de proteína e RNAr. Eles consistem em duas subunidades. Cada ribossomo possui três sítios de ligação para moléculas de RNAt - os sítios A, P e E, que cobrem três códons vizinhos. O códon do sítio A liga-se a um aminoacii-RNAt que está chegando, o códon do sítio P é ocupado pelo peptidii-RNAt e o sítio E é ocupado pelo RNAt vazio, que está próximo de deixar o ribossomo. O reconhecimento de um códon do RNAm é feito pelo anticódon do RNAt. O anticódon liga-se ao códon seguindo as regras da ligação complementar e antiparalela. (Quando forem escritas as seqüências de códons e de anticódons, a seqüência de nucleotídeos deve SEMPRE estar listada na ordem 5'--73' .) A hipótese " oscilante" define que a primeira base (5') do anticódon não é tão espacialmente definida como as outras duas bases. O movimento daquela primeira base permite um pareamento de bases não-tradicional com a última base (3') do códon, dessa forma permitindo que um único RNAt reconheça mais de um códon para um determinado aminoácido específico. Iniciação da síntese protéica: Os co mponentes do sistema de tradução são montados, e o RNAm associa-se com a subunidade ribossomal menor. O processo necessita de fatores de iniciação. Nos procariotos, uma região rica em purinas do RNAm (a sequência de Shine-Dalgarno) pareia com uma seqüência complementar no RNAr 168, resultando no posicionamento do RNAm de maneira que a tradução possa começar. O quepe-5' no RNAm eucariótico é usado para posicionar aquela estrutura no ribossomo. O códon de iniciação é o 5'-AUG-3'. Alongamento: A cadeia polipeptídica é alongada pela adição de aminoácidos à extremidade carboxila da cadeia em crescimento. O processo necessita de fatores de alongamento. A formação da ligação peptídica é catalisada pela peptidiltransferase, a qual é uma atividade intrínseca do RNAr 238 do ribossomo. Após a formação da ligação peptídica, o ribossomo avança ao longo do RNAm no sentido 5'--7 3' até o próximo códon (translocação). Devido ao tama-,·,ho da maioria dos RNAm, mais de um ribossomo pode traduzir uma mensagem ao mesmo tempo, formando um polissomo. Terminação: A terminação inicia quando um dos três códons de terminação move-se para o sítio A. Esses códons são reconhecidos por fatores de liberação. A proteína recém-sintetizada é liberada do complexo ribossomal, e o ribossomo dissocia-se do RNAm. Muitos antibióticos interferem com o processo de síntese protéica. Muitas cadeias polipeptídicas são modificadas covalentemente após a tradução. Tais modificações incluem a clivagem de aminoácidos em excesso, a fosforilação , que pode ativar ou inativar a proteína, a glicosilação, que direciona uma proteína a tornar-se parte da membrana plasmática ou do lisossomo ou a ser secretada da célula, ou a hidroxilação, conforme estudada para o colágeno. Proteínas que são defeituosas ou que estão destinadas à rápida reciclagem são marcadas para destruição pela ligação de uma pequena proteína altamente conservada, chamada ubiquitina. As proteínas marcadas dessa forma são rapidamente degradadas por um componente celular conhecido como proteassomo.


Bioquímica Ilustrada

443

Fluxo da informação genética Molécula informativa

~

visualizada como

Seqüência de desoxirribonucleotídeos

DN A /

pela visualizada como

Transcrição

resultando na síntese de

~

é uma

molécula informativa

codificada por

visualizada como

Seqüência de ribonucleotídeos

• Específico

Aminoácido ~

"Cé;dc~~i;ili~;l~d~e'!i_fin'}:t~"d~os~p~el5_1o~Cod1go . . . . caracterizado como • genetlcoi--- - - - - - - - . . J •

r

Universal Redundante • Não-sobreposto • Contínuo

Anlicódon

reconhece sintetizados por r;;;:noacil

R~

visualizado como

Códon

~intetase/ reconhece

que direcionam os aminoácidos aos

visualizados como

resultando na síntese de

Molécula funcional

Figura 31 .1 6 Mapa de conce itos-chave para a síntese protéica.

---+ ~~~

~ AUG ~

Seqüência de aminoácidos

visualizada como

_;1(

RNAm


444

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Questões para Estudo Escolha a ÚNICA resposta correta. 31. 1 Descobre-se que um homem anêmico de 20 anos possui uma forma anormal de ~-globina (Hemoglobina Constant Spring) , a qual apresenta 172 aminoácidos, em vez dos 141 encontrados na proteína normal. Qual das seguintes mutações pontuais é consistente com esta anormalidade? A. B. C. D. E.

UAA -'> CAA UAA -'> UAG CGA -'> UGA GAU -'> GAC GCA -'> GAA

31.2 Uma companhia farmacêutica está estudando um novo an ti biótico que inib e a sínt ese protéica bacteriana . Quando esse antibiótico é adicionado a um sistema de síntese protéica in vitro, que está traduzindo a seqüência de RNAm AUGUUUUUUUAG, o único produto formado é o dipeptídeo fMet-Phe. Qual etapa da síntese protéica é mais provavelmente inibida pelo antibiótico? A. B. C. D. E.

Iniciação. Ligação do RNAt carregado ao sítio ribossomal A. Atividade de peptidiltransferase. Translocação ribossomal. Terminação.

31.3 Uma molécula de RNAt que está suposta mente carregando cisteína (RNAtcy') foi erroneamente carregada, de maneira que ela na verdade carrega alanina (RNAtcys-ala). Qual será o destino desse resíduo de alanina durante a síntese protéica? A. Será incorporado na proteína em resposta a um

Resposta correta = A. A mutação do códon de término normal da ~-g lobina , de UAA para CAA, faz com que o ribossomo insira uma glutamina naquele ponto. Assim, ele irá continuar a estender a cadeia protéica até que ela atinja o próximo códon de término na mensagem, resultando em uma proteína anormalmente longa. Uma alteração de UAA para UAG simplesmente alteraria um códon de término por outro e não possuiria nenhum efeito na proteína. A substituição de CGA (arginina) por UGA (término) tornaria a proteína muito curta. Tanto GAU como GAC codificam aspartato e não causariam nenhuma alteração na proteína. Alterando GCA (alanina) para GAA (glutamato) não alteraria o tamanho do produto protéico.

=

Resposta correta D. Uma vez que é produzido fMet-Phe, os ribossomos precisam ser capazes de completar a iniciação, ligar RN At-Phe ao sítio A e usar a atividade de peptidiltransferase para formar a primeira ligação peptídica. Uma vez que o ribossomo não é capaz de continuar, o movimento ribossomal (translocação) é a etapa mais provavelmente inibida. O ribossomo é, dessa forma, imobilizado antes que alcance o códon de término dessa mensagem.

Resposta correta = B. Uma vez que um aminoácido é ligado a uma molécula de ANAl, somente o anticódon daquele ANAl determina a especificidade da incorporação. A alanina carregada erroneamente irá, dessa forma. ser incorporada na proteína na posição determinada pelo códon da cisterna.

códon de alanina. B. Será incorporado na proteína em resposta a um códon de cisteína. C. Irá permanecer ligado ao RNAt, pois não pode ser usado para a síntese protéica. D. Será incorporado ao acaso, em qualquer códon. E. Será convertido quimicamente em cisteína por enzimas celulares. 31.4 Em um paciente com fibrose cística, a proteína mutante do regulador de condutância transmembrana da fibrose cística (CFTR) dobra-se de forma incorreta. As células do paciente modificam essa proteína anormal pela ligação de moléculas de ubiquitina a ela. Qual será o destino dessa proteína de CFTR modificada? A. Ela desenvolve a sua função normal, uma vez que a ubiquitina corrige em grande parte o efeito da mutação. B. Ela é secretada da célula. C. Ela é colocada em vesículas de estocagem. D. Ela é degradada pelo proteassomo. E. Ela é reparada por enzimas celulares.

Resposta correta = D. A ubiquitinação normalmente marca protefnas velhas, danificadas ou erroneamente dobradas para destruição pelo proteassomo. Não existe ·nenhum mecanismo celular conhecido para o reparo de proteínas danificadas.


Biotecnologia e Doença Humana

I.

VISÃO GEt-lAL

No passado, os esforços para compreender os genes e suas expressões foram frustados pelo imenso tamanho e pela complexidade do DNA humano. O genoma humano contém DNA com aproximadamente 3 bilhões (109 ) de pares de bases, que codificam 30.000 a 40.000 genes, localizados em 23 pares de cromossomas. J á é possível determinar a seqüência nucleotídica de longos pedaços de DNA e essencialmente toda a seqüência do genoma humano é conhecida. Essa conquista (o chamado Projeto Genoma Humano) se tornou possível por meio de várias técnicas, as quais também contribu íram para a comp reensão de várias doenças genéticas (Figura 32.1 ). Essas técnicas incluem, primeiro, a descoberta de endonucleases de restrição, que permitem a dissecação de grandes molécul as de DNA em pequ enos fragmentos. Em segundo lugar, o desenvolvimento de técnicas de clonagem, que forneceu um mecanismo para a amplificação de seqüências nucleotídicas específicas. Finalmente, a capacidade de sintetizar sondas específicas permitiu a identificação e a manipulação de seqüências nucleotídicas de interesse. Essas e outras abordagens experimentais permitiram a identificação de seqüências nucleotídicas, tanto normais como mutantes, no DNA. Esse conhecimento levou ao desenvolvi mento de métodos de diagnóstico pré-natal para doenças genéticas e a sucessos iniciais no tratamento de pacientes, por meio da terapia gênica.

~~ Endonucleases de restrição clivam o DNA em fragmentos menores, mais fáceis de se trabalhar.

a!

U\\ ~ Q

/ )Fragmentos de DNA

f::/,f,._

Clonagem do DNA

Fragmentos de DNA devem ser amplificados para serem mai s úteis.

Sondas

11.

ENDONUCLEASES DE RESTRIÇÃO

Um dos maiores obstáculos à análise molecular do DNA genômico é o imenso tamanho das moléculas envolvidas. A descoberta de um grupo especial de enzimas bacterianas, chamadas endonucleases de restrição (enzimas de restrição), que clivam a dupla fita de DNA em fragmentos menores e mais fáceis de se trabalhar, abriu o caminho para a análise do DNA. Como cada enzima cliva o DNA em seqüências nucleotídicas específicas, as enzimas de restrição são usadas experimentalmente na obtenção de segmentos de DNA precisamente definidos, chamados fragmentos de restrição.

~ Sonda

Um determinado f ragmento pode ser identificado usando-se uma sonda complementar.

A. Especificidade das endonucleases de restrição As endonucleases de restrição reconhecem pequenos segmentos de DNA (geralmente quatro ou seis pares) que contêm seqüências nucleotídicas

Figura 32.1 Três técnicas que facilitam a análise do DNA humano.


446

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

específicas. Essas seqüências, que são diferentes para cada endonuclease de restrição, são palíndromos, isto é, elas exibem uma simetria rotacional nos dois sentidos (Figura 32.2) . Isso significa que, em uma pequena região da dupla hélice, a seqüência nucleotídi ca na fita "de cima", lida no sentido 5' ~3', é idêntica àquela da fita "de baixo", também lida no sentido 5'~3' . Dessa forma, se você virar a página de cabeça para baixo - isto é, girar 180 graus ao redor do seu eixo de simetria - a estrutura permanece a mesma.

Um Palíndromo Quando se lê no sent ido 5' ~ 3', a seqüência na fita "superior" é idêntica à da fita " inferior".

B. Nomen clatura

Figura 32.2 A seqüência de reconhecimento da endonuclease de restrição EcoRI apresenta simetria rotacional dupla.

-

!

As enzimas de restrição são nomeadas de acordo com o organismo do qual foram isoladas. A primeira letra vem do gênero da bactéria. As próximas duas letras são do nome da espécie. Uma letra adicional indica o tipo ou a cepa e um número final é um apêndice para indicar a ordem na qual a enzima foi descoberta em um determinado organismo. Por exemplo, Hae/11 é a terceira endonuclease de restrição isolada da bactéria Haemophilus aegyptius. C.

Enzimas de re strição cl ivam o D NA de form a a produzir um grupo 3'-hidroxila em uma extremidade e um g rupo 5'-fosfato em outra. Algumas endonucleases de restrição, como a Taq/, formam pontas escalonadas, que produzem terminações "adesivas" ou coesivas - isto é, os fragmentos de DNA resultantes apresentam seqüências de fita única, q ue são complementares umas às outras (Figura 32.3). Outras endonucleases de restrição, como a Haelll , clivam no meio do sítio de reconhecimento - isto é, no eixo de simetria (veja as Figuras 32.2 e 32.3) - e produzem fragmentos com terminações "cegas", ou retas, que não formam pontes de hidrogênio umas com as outras. Usando a enzima DNA -Iigase (veja a pág. 403), terminações adesivas de um fragmento de DNA de interesse podem ser unidas covalentemente com outros fragmentos de DNA que apresentem terminações adesivas produzidas pela clivagem com a mesma endonuclease de restrição (Figura 32.4). (Nota: Outra ligase, codificada pelo bacteriófago T4, pode unir covalentemente fragmentos com terminações retas.) A combinação h íbrida de dois fragmentos é denominada molécula de DNA recombinante.

Quatro bases, extremidades em degrau

... T11 "'••••••• !CG• , A... . .. TH 11 ••• A GC ~~.:~· ~ ... A GC

~

l D.

!

extremidades retas

___...

. .. GG III ltl

•.. CC

+

c c .. . <3<3 ...

r · ····· III. Figura 32.3 Especificidade das endonucleases de restrição Taql e Haelll.

Sítios de restrição A seqüência de DNA que é reconhecida pela enzima de restrição é chamada sítio de restrição. Esses sítios são reconhecidos por endonucleases de restrição que clivam o DNA em fragmentos de diferentes tamanhos. Por exemplo, uma enzima que reconhece uma seqüência específica de quatro pares de base produz vários cortes na molécula de DNA. Em contraste, uma enzima que requer uma seqüência única de seis pares de base produz poucos cortes e, portanto, fragmentos mais longos. Centenas dessas enzimas, tendo diferentes especificidades para a clivagem (variando tanto na seqüência de nucleotídeos quanto na extensão do sítio de reconhecimento), são disponíveis comercialmente como reagentes analíticos.

illftji!i Quatro bases, ... GG!CC ..• 111111 ! 11 1111 ... CC:GG ...

Pontas "adesivas" e pontas "retas"

CLONAGEM DO DNA

A introdução de uma molécula de DNA estranha em uma cé lula em divisão permite a amplificação (isto é, a produção de muitas cópias) do DNA. Em alguns casos, um único fragmento de DNA pode ser isolado e purificado antes da clonagem. Mais comumente, para clonar uma seqüência de nucleotídeos de inte resse, o DNA celular total é primeiramente clivado com uma enzima de restrição específica, criando centenas de milhares de fragmentos. Por essa razão, fragmentos


Bioquímica Ilustrada

individuais não podem ser isolados. Por outro lado, cada um dos fragmentos de DNA resultantes é unido a uma molécula de vetor de DNA (denominada vetor de clonagem), formando uma molécula híbrida. Cada molécula de DNA recombinante híbrido transporta seu fragmento de DNA inserido para uma única célula hospedeira, por exemplo, uma bactéria, onde ele é replicado (ou "amplificado"). Com a multiplicação da célula hospedeira, forma-se um clone, no qual cada bactéria carrega cópias do mesmo fragmento de DNA inserido, daí o termo "clonagem". O DNA clonado é por fim liberado do seu vetor por clivagem (usando a enzima de restrição apropriada) e é isolado. Por esse mecanismo, muitas cópias idênticas do DNA de interesse podem ser produzidas. (Nota: Uma alternativa à clonagem - a reação em cadeia da polimerase - é descrita na pág. 459.)

ONA de interesse

~

l

447

Segundo fragmento deONA Clivagem pela Taql

0 ~~ 0

A. Vetores Um vetor é uma molécula de DNA na qual é ligado o fragmento de DNA a ser clonado. Propriedades essenciais de um veto r incluem: 1) ser capaz de replicação autônoma em uma célula hospedeiro, 2) conter pelo menos uma seqüência especifica de nucleotídeos reconhecível por uma endonuclease de restrição e 3) conter pelo menos um gene que lhe confere a capacidade de ser selecionado, como um gene de resistência a antibiótico. Comumente, os vetores utilizados incluem plasmídeos e vírus de bactérias e animais. 1.

2.

Plasmídeos.,Procarióticos. Organismos procarióticos contêm um único cromossomo, grande e circular. Adicionalmente, a maioria das espécies de bactérias normalmente também contém pequenas moléculas de DNA, circulares e extracromossomais, chamadas de plasmídeos1 (Figura 32.5). O DNA dos plasmídeos sofre replicação que pode ou não ser sincronizada com a divisão celular. Os plasmídeos podem carregar genes que conferem à bactéria hospedeira resistência a antibióticos, podendo também facilitar a transferência de informação genética de uma bactéria para a outra. (Nota: As bactérias são cultivadas na presença de antibióticos, dessa forma selecionando células que contêm o plasmídeo híbrido, que dá resistência a antibióticos.) Os plasmídeos podem ser isolados rapidamente de células bacterianas, seu DNA circu lar clivado em sítios específicos por endonucleases de restrição e um DNA externo inserido no círculo. O plasmídeo híbrido pode ser reintroduzido em uma bactéria, e grande número de cópias do plasmídeo contendo o DNA externo é produzido (Figura 32.6). (Nota: O experimento é conduzido de modo a favorecer a inserção de apenas um fragmento de DNA em cada plasmídeo e a introdução de apenas um plasmídeo em cada bactéria.)

Segundo fragmento de DNA, também com extremidades "adesivas", produzido pela clivagem com Taql.

Extremidades coesivas de dois fragmentos de DNA formam pontes de hidrogénio . .

l fJNA-Ú~ase

A DNA-tigaseforma ligações fosf odiéster 3'a 5' entre os fragmentos.

Figura 32.4 Formação de DNA recombinante a partir de fragmentos de restrição com extremidades "adesivas".

Gene de resistência

à ampicilina (AmpA)

Gene de resistência à tetraciclina ( TejR)

Outros vetores . O desenvolvimento de vetares mais aperfeiçoados, que podem eficientemente acomodar segmentos grandes de DNA ou expressar os genes a eles ligados em diferentes tipos de células, é um desafio aluai na pesquisa em genética molecular. Além dos plasmídeos procarióticos descritos anteriormente, o bacteriófago lambda (À), cromossoma artificial de levedura (YACs, de yeast artificial chromosomes), e vírus de mamíferos (retrovírus, por exemplo) são atualmente bastante utilizados como vetares de clonagem.

B. Bibliotecas de DNA Uma biblioteca de DNA é uma coleção de fragmentos de restrição de DNA, clonados de um organismo. Dois tipos de bibliotecas serão discutidas: bibliotecas genômicas e bibliotecas de DNAc. As bibliotecas genômicas contêm, idealmente, uma cópia de cada seqüência nucleotídica de DNA do genoma. Em contraste, as bibliotecas de DNAc contêm aq uelas seqüências de

'

Veja a p. 116 de Microbiologia Ilustrada para uma discussão acerca dos plasmideos.

Figura 32.5 Um mapa de restrição do plasmídeo pBR322, indicando as posições dos seus genes de resistência a antibióticos e os sítios de seqüências de nucleotídeos reconhecidos por endonucleases de restrição específicas.


448

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Plasmídeo

~

DNA circular, de dupla fita, contendo genes de resistência a antibióticos, é clivado por uma endonuclease de restrição (por exemplo, EcoRI).

Corte

Corte

-}

-}

..... t

-__- - :- ::::;::= :···;- -- -~

-ir

--

y

O DNA a ser amplificado é clivado por uma endonuclease de restrição (a mesma enzima que foi usada no plasmídeo, produzindo assim pontas adesivas complementares).

DNA de interesse Plasmídeo clivado

DNA-1/gase

Plasmídeo híbrido

A DNA ligase liga covalentemente os fragmentos de DNA do plasmídeo e do DNA de interesse, produzindo uma molécula de DNA recombinante (plasmídeo híbrido).

O DNA recombinante pode ser introduzido no hospedeiro por transformação ou por infecção virai.

Bactérias crescem na presença de antibióticos, dessa forma selecionando células contendo plasmídeos híbridos, que dão resistência a antibióticos.

As bactérias são lisadas e os plasmídeos híbridos são isolados.

Os plasmídeos são clivados com EcoRI, liberando muitas cópias do DNA de interesse.

Células-filhas contendo plasmídeos híbridos Plasmídeo original

--+ -

DNA de interesse amplificado

Figura 32.6 Resumo da clonagem gênica.

DNA que aparecem como moléculas de RNAm, sendo que estas diferem de um tipo celular para outro. (Nota: DNAc clonados não apresentam íntrons e regiões controladoras dos genes, no entanto, esses segmentos de DNA estão presentes nas bibliotecas genômicas.) 1.

Bibliotecas genômicas de DNA. Uma biblioteca genômica é uma coleção de fragmentos de fita dupla de DNA, obtidos pela digestão do DNA total do organismo por uma endonuclease de restrição e subseqüente ligação a um vetor apropriado. As moléculas de DNA recombinante são replicadas em uma bactéria hospedeira. Os fragmentos de DNA amplificados representam o genoma inteiro do organismo e são chamados de biblioteca genômica. Independente mente da enzima de restrição


Bioquímica Ilustrada

utilizada, há boas probabilidades de que genes de interesse contenham mais de um sítio de restrição reconhecido pela enzima. Se esse é o caso, e se a digestão acontece por completo, o gene de interesse é fragmentado - isto é, ele não está em nenhum clone da biblioteca. Para evitar esse resultado, que em geral não é desejável, uma digestão parcial é realizada , na qual a quantidade ou o tempo de ação da enzima são limitados. Isso resu lta na clivagem de apenas uma fração dos sítios de restrição em cada uma das moléculas de DNA, produzindo assim fragmentos de cerca de 20.000 pares de bases. Enzimas que clivam com alta freqüência (isto é , enzimas que reconhecem seqüências de quatro pares de bases) são geralmente usadas para esse propósito, de tal forma que o resultado é uma coleção quase randômica de fragmentos. Isso garante uma alta probabilidade de que o gene de interesse esteja intacto, em algum fragmento.

2.

Bibliotecas de DNA complementar (DNAc). Se um gene de interesse é expresso em grandes quantidades em um determinado tec ido, é provável que o RNAm correspondente a esse gene também esteja presente em altas concentrações nessa cé lula. Por exemplo, o RNAm em reticulócitos é composto em grande parte por moléculas que codificam as cadeias de hemoglobina a-globina e ~-g l obina. Esse RNAm pode ser utilizado como uma matriz para fazer uma molécula de fita dupla àe DNA complementar (DNAc), usando a enzima trasncríptase reversa (Figura 32.7) . O DNAc resultante é uma cópia de fita dupla do RNAm. O DNAc pode ser amplificado por clonagem ou por reação em cadeia da polimerase. Ele pode ser usado como uma sonda para localizar o gene que codifica o RNAm original (ou fragmentos do gene) em misturas contendo muitos fragmentos de DNA não-relacionados. Se o RNAm usado como matriz for uma mistura de várias espécies diferentes, os DNAc resultantes serão heterogêneos. Essas misturas podem ser clonadas para formar uma biblioteca de DNAc. Como o DNAc não possui seqüências não-codificadas, ele pode ser clonado em um vetor de expressão para a síntese de prote ínas eucarióticas por bactérias (Figura 32.8). Esses plasmídeos especiais contêm um promotor bacteriano para a transcrição do DNAc, e uma seqüência Shine-Dalgarno (veja a pág. 435), que permite que o ribossomo bacteriano inicie a tradução da molécula de RNAm resultante.

RNAm 5 1! ' - - - - - • AAA .. A 3'

I t RNAm

..

------ fr'~~ ~

3' TTT .. T5'

dATP, dCTP, dGTP, dTTP

RNAm DNAc

Adiciona um primer o ligo dT

tI Transcriptase reversa

- - - - - - • ~~~... ~ 3' TTT .. T 5'

I Digestão alcalina t (para degradar o RNAm) DNAc

- - - - - - TTT .. T 5'

dATP,dCTP, dGTP, dTTP nuclease

l

DNA-polimerase

s1

,_~.T ·------ ~ ~ ~

. 3'

L.llilll _ _ _ _ _ _ _ _ T T T .. f} T 5' ~

nucleac

~

- - - - - - · f.- ~ f.'. ·fr'

3' - - - - - - · T T T .. T 5' DNAc de dupla fita

Figura 32.7 Síntese de DNAc a partir de um RNAm usando a transcriptase reversa.

C. Seqüenciamento de fragmentos de DNA c lonados A seqüência de bases de fragmentos de DNA que foram clonados e purificados pode ser determinada em laboratório. O procedimento original para esse propósito era o método de didesoxi de Sanger, ilustrado na Figura 32.9. O DNA de fita simples a ser seqüenciado é usado como matriz para a síntese de DNA pela DNA -polimerase. Um primer radioativo, complementar à extremidade 3' do DNA-alvo, é adicionado, juntamente com os quatro desoxirribonucleosideos trifosfato (dNTPs). A amostra é dividida em quatro tubos de reação e uma pequena quantidade de um dos quatro didesoxirribonucleosídeos trifosfato (ddNT Ps) é adicionada a cada tubo. Uma vez que ele não contém o grupo 3' hidroxila, a incorporação de um ddNT P em uma fita recém-sintetizada encerra sua elongação nesse ponto. Os produtos dessa reação consistem então em uma mistura de fitas de DNA de diferentes tamanhos , cada uma terminando em uma determinada base. A separação dos vários DNAs produzidos em função de seus tamanhos, utilizando eletroforese em gel de poliacrilamida, seguida por autorradiografia, produz um padrão de bandas, a partir do qual pode ser lida a seqüência de bases de DNA. O Projeto Genoma Humano utilizou variações altamente automatizadas dessa técnica para determinar a seqüência de bases de essencialmente todo o genoma humano.

449

li

Transcrição e tradução bacteriana

v

Proteína pr oduzida

Figura 32.8 Um vetor de expressão.


450

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

IV. SONDAS

O

DNA de fita simples de seqüência desconhecida é usado como matriz.

A clivagem de uma molécula grande de DNA por endonucleases de restrição produz uma gama desconcertante de fragmentos. Como um gene específico ou uma seqüência de DNA de interesse podem ser pinçados de uma mistura de milhares ou mesmo milhões de fragmentos de DNA irrelevantes? A resposta está na utilização de sondas - um pedaço de DNA de fita simples, marcado 32 com um radioisótopo, como P, ou com uma sonda não-radioativa, como a biotina. A seqüência de nucleotídeos de uma sonda é complementar ao DNA de interesse, chamado de DNA-alvo. Sondas são usadas para identificar qual clone de uma biblioteca ou qual banda em um gel contém o DNA-alvo.

3'AT CCAGC TA/s.

5'

32

P-TAG .... 3'

t

ft

Adição de primer, DNA·polimerase + dATP, dGTP, dCTP, dTIP.

ii::W 11:11

Divide-se a amostra em quatro tubos, a cada um sendo adicionado um dos quatro didesoxinucleotídeos.

g

n

li.il

A síntese ocorre até o didesoxinucleotídeo ser incorporado na fita de DNA. O DNA terminando em um didesoxinucleotídeo não pode ser alongado porque falta uma extremidade 3'-QH, que é necessária para o alongamento da cadeia.

dd~

8 3' ATCCAGCTA 5' 32 P-TAG ~G

3' ATCCAGCTA 5'

3' ATCCAGCTA 5' 32

3' ATCCAGCTA 5'

P-TiG G~ê ~G

32

P-TiG G~êG ~

32

P-TAGGcieT

32

P- T iG G~êGi ~T

3' ATCCAGCTA 5' 32

P-Ti GG~ cicie

3 ' ATCCAGCTA 5'

Produtos formados no tubo 1

3'

r.ll 1:.11

Realização de eletroforese em gel

1'!!11 W

Leitura da seqüêncla da nova fita sintetizada (complementar ao DNA original na amostra)

9 Comprimento 8 dos fragmentos (pares de base) 7

3' ATCCAGCTA 5 ' 5'

32

I

I

I

I

I

I

I

I

I

6

5

P-T AG GTC G AT 3' 4

TAG GTCG A ddT TAG GTCG ddA

..

TAG GTC ddG TAG G T :!C TAG G ddT T AG ddG ~

Primer

Figura 32.9 Seqüenciamento de DNA pelo método de Sanger.

5'


451

Bioquímica Ilustrada

A . Hi bridização de u ma sonda com fragment os de DNA A utilidade das sondas depende do fenômeno da hibridização, no qual uma seqüência de um DNA-alvo de fita simples liga-se a uma sonda contendo uma seqüência complementar de nucleotídeos. O DNA de fita simples, produzido por desnaturação alcalina de uma fita dupla de DNA, é primeiramente ligado a um suporte sólido, como uma membrana de nitrocelulose. As fitas de DNA imobilizadas são impedidas de parearem novamente, mas estão disponíveis para a hibridização a uma sonda de DNA exógena, radiomarcada, de fita simples. A extensão da hibridização é medida pela retenção da rad ioatividade na membrana. Moléculas da sonda em excesso que não hibridizaram são removi das pela lavagem do fi ltro e, dessa forma, não interferem .

f t DNA de paciente com

W

anemia falciforme Porção do gene para a cadeia 13s da hemoglobina S O DNA codifica vali na em vez de glutamato na sexta posição da 13-globina.

5 6 7 ....Pro- Vai - Glu ....

DNA

8. Sond as s intéticas de oli g o n ucleotídeos Se a seqüência de uma parte ou de todo o DNA-alvo é con hecida, podem ser sintetizadas sondas de oligonucleotídeos de fita simples, de 20 ou 30 nucleotídeos, que são complementares a uma pequena região do gene de interesse. Se a seqüência do gene não é conhecida, a seqüência de aminoácidos da proteína - isto é, o produto do gene - pode ser usada para construir a sonda. Pequenas seqüências de DNA de fita simples (15 a 30 nucleotrdeos) sã.o sintetizadas, utilizando o código genético como guia. Por causa da degeneração do código genético, é necessário sintetizar vários oligonucleotídeos. (Nota: Oligonucleotídeos podem ser utilizados para detectar mudanças em uma única base na seqüência à qual eles são complementares. Em contraste, sondas de DNAc contêm muitos milhares de bases, e sua ligação a um DNA-alvo com uma única mudança de base não é afetada.) 1.

Detect ando mutaç ões na ~·-globina . A Figu ra 32. 1O mostra como uma sonda oligonucleotídica alelo-específica (ASO) pode ser usada para detectar a presença da mutação da anemia falciforme no gene da ~-g l ob i na. O DNA, isolado de leucócitos, é desnaturado, produzindo fitas simples. Um oligonucleotídeo é construído, complementar à porção do gene da globina mutante, codificando a seqüência aminoterminal da proteína ~-globina. O DNA isolado de um indivíduo heterozigoto (traço falcêmico) ou de um paciente homozigoto (anemia falciforme) contém uma seqüência de nucleotídeos que é complementar à sonda. Assim, forma-se um híbrido de fita dupla que pode ser detectado por eletroforese. Em contraste, o DNA obtido de indivíduos normais não é complementar no sexto tripleto de nucleotídeo (codificando para glutamato nos 5 indivíduos normais, mas para valina em pacientes com o gene-~ ) e, dessa forma, não forma um híbrido (veja a Figura 32.1 O). O uso de um par de ASOs (um específico para o alelo normal e um específico para o alelo mutante) permite distinguir o DNA dos três genótipos possíveis homozigoto normal, heterozigoto e homozigoto mutante (Figura 32. 11 ).

C. Sondas bio tiniladas Uma vez que o descarte de lixo radioativo está se tornando cada vez mais caro, sondas não-radioativas têm sido desenvolvidas. Uma das mais bem sucedidas é baseada na vitamina biotina (veja a pág. 379), que pode ser quimicamente ligada a nucleotídeos usados para sintetizar a sonda. A biotina foi escolhida porque liga-se fortemente à avidina - uma proteína facilmente disponível, encontrada na clara de ovo. A avidina pode ser ligada a um corante fluorescente, detectável opticamente com grande sensibilidade. Desse modo, um fragmento de DNA (observado, por exemplo, por eletrofo-

Sonda de oligonucleotídeos hibridiza com fragmento de DNA do gene da cadeia 13 da Hb S.

Fragmento de DNA codificando para Hb S

m

DNA de um indivíduo normal

Sonda de oligonucleotídeos não se hibridiza com o fragmento de DNA do gene da cadeia (3 da Hb A.

CTCCTG'I'GGAG21 " ~ ~GT · · GAGGACTCCTCTTCAGACG· ·

"'

Fragm ento de DNA codificando para Hb A

Figura 32.10 Sonda de o ligonucleotídeos detecta um a lelo Hb S. (Nota: * indica 32 marcação radioativa com P.)


452

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

rese em gel), que hibridiza com a sonda biotinilada, pode tornar-se visível ao mergulharmos o gel em uma solução de corante ligado à avidina. Após lavagem do excesso de avidina, o fragmento de DNA que se liga à sonda é fluorescente.

D. Anticorpos

Nesta coluna foi utilizada a sonda ASO específica para o gene normal JlA Nesta coluna foi utilizada a sonda ASO específica "-.~------' para um gene mutante 13s

=sonda hibridiza com o DNA do paciente

:,---,~ =sonda não hibridiza

Algumas vezes, nenhuma informação sobre a seqüência de aminoácidos encontra-se disponível para guiar a síntese da sonda para uma detecção direta do DNA de interesse. Nesse caso, um gene pode ser identificado indiretamente, pela clonagem do DNAc em um vetor que permita que o DNAc clonado possa ser transcrito e traduzido. Um anticorpo marcado é utilizado para identificar qual colônia bacteriana produz a proteína e, dessa forma, contém o DNAc de interesse.

V. TRANSFERÊNCIA DE SOUTHERN A transferência de Southern (Southern blotting) é uma técnica que pode detectar mutações no DNA. Ela combina o uso de enzimas de restrição e sondas de ONA.

A. Procedimento experimental

com o DNA do paciente

Duas amostras de DNA de cada indivíduo são aplicadas à membrana.

Figura 32.11 Sondas ASO utilizadas para detectar a mutação da anemia falciforme e diferenciar entre traço falcêmico e doença.

Esse método, assim designado em homenagem a seu inventor, Edward Southern, envolve os passos descritos a seguir (Figura 32.12) . Primeiro, o DNA é extraído das células, por exemplo, de leucócitos de um paciente. Segundo, o DNA é clivado em muitos fragmentos, usando uma enzima de restrição. Terce iro, os fragmentos resultantes são separados com base no tamanho, por eletroforese. (Nota: Os fragmentos maiores se movem mais lentamente que os fragmentos menores. Dessa forma, o tamanho dos fragmentos, geralmente expressos como o número de pares de bases, pode ser calculado pela comparação da posição da banda, em relação a fragmentos-padrão, de tamanho conhecido.) Os fragmentos de DNA no gel são desnaturados e transferidos para uma membrana de nitrocelulose, para análise. Se o DNA original representa o genoma completo do indivíduo, o digesto enzimático contém um milhão ou mais de fr.egmentos. O gene de interesse está em somente um desses fragmentos (ou em poucos, caso o próprio gene tenha sido fragmentado) de DNA. Se todos os segmentos de DNA fossem visualizados por uma técn ica não-específica, e les iriam aparecer como um borrão de bandas superpostas. Para evitar esse problema, o último passo na transferência de Southern usa uma sonda para identificar os fragmentos de DNA de interesse. Os pad rões observados na análise de transferência de Southern dependem tanto da endonuclease de restrição específica quanto da sonda utilizada para visualizar os fragmentos de restrição. (Nota: Variantes da transferência de Southern têm sido denominadas, de forma jocosa, de "northern" [eletroforese de RNAm, seguida de hibridização com uma sonda específica] e "western" [eletroforese de proteínas, seguida pela detecção com um anticorpo direcionado contra a proteína de interesse], nenhuma delas relacionada ao nome de alguém ou a pontos cardeais.)

B. Detecção de mutações A presença de uma mutação afetando um sítio de restrição faz com que o padrão de bandas seja diferente daquele observado com um gene normal.


Bioquímica Ilustrada

453

Conclusão: O DNA dos dois indivíduos difere na região reconhecida pela sonda. Essa alteração no DNA pode refletir uma mutação produzindo doença ou um polimorfismo, o qual pode ou não estar ligado a uma alteração clinicamente importante no DNA.

Indivíduo 1

A sonda radioativa hibridiza aos fragmentos de restrição A, B, e C, produzindo bandas escuras no filme de raios X exposto.

lndivíduo2

O

~

U

O DNA é extraído das células brancas

DNA é clivado com uma enzima de restrição

v

II

Sonda

Exposição a filme de raios X

v~ --, Fragmentos de DNA que serão

==~~~~~===~;::::~

':

r

Fragmentos de DNA

A

E:'J Eletroforese

Milhões de fragmentos produzidos pela clivagem de restrição resultam em um "esfregaço" se os fragmentos de DNA são visualizados por métodos não-específicos.

1:,1 em gel de agarose

0 Sentido da migração

reconhecidos pela sonda são mostrados em negrito. O DNA do indivíduo 1 mostra um sítio de restrição que não está presente no DNA do indivíduo 2.

Hibridização com uma sonda marcada com 32p

Indivíduo 1

·~ll.!=7ll;!

???;!;!;!=E···

~~-=-~.:;:~

.;o.=;;:;;:_~

~~

----:--·

·;;;,;;.-;,";,"'"";.:;

.;.-;,;,,;;;,::..-;,-;,.-;,-;,-;,

Desnaturação do DNA em fitas simples e transferência para membrana de nitrocelulose.

Figura 32.12 Procedimento de transferência de Southern.

~

nitrocelulose Gel


454

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Por exemplo, uma mudança em um nucleotídeo pode alterar a seqüência de nucleotídeos de forma tal que a endonuclease de restrição não reconhece e não cliva o sítio (por exemplo, na Figura 32.12, o indivíduo número 2 não apresenta um sítio de restrição presente no indivíduo número 1). Alternativamente, a mudança em um único nucleotídeo pode criar um novo sítio de clivagem, que resulta em novos fragmentos de restrição. Uma mutação pode não afetar um sítio de restrição de uma determi nada enzima de restrição, mas pode ser revelada utilizando-se uma enzima de restrição diferente, cuja seqüência de reconh ecimento é afetada pela mutação. (Nota: A maioria das diferenças nas seqüências dos sítios de restrição representa variações normais presentes no DNA, e aquelas encontradas nas regiões não-codificadas freqüentemente são silenciosas e, dessa forma, geralmente não são clinicamente significantes.)

Um polimorfismo pode ocorrer tanto na seqüência de bases em um único locus nucleotídico (chamado SNP se somente uma base é alterada) ou ...

~ -

AG~TCAATCG-

-

AG~TCAATCG - Indivíduo 2

Indivíduo 1

SNP

VI.

POLIMORFISMO DE COMPRIMENTO DO FRAGMENTO DE RESTRIÇÃO

Repetições GC

A~~

-i GC~ GC~ GC~ GC~Gct--

Indivíduo 1

~ lndivíduo2

~

... podem ocorrer po limorfismos o nde ocorrem números variáveis de repetições em tandem (VNTR). Um número específico de repetições em tandem define um alei o VNTR em um determinado /ocus.

Figura 32.13 Formas comuns de polimorfismo genético. SNP = Polimorfismo de nucleotídico único.

Variações no genoma são diferenças na seqüência do DNA entre indivíduos. Tem sido calculado que os genomas de pessoas que não sejam parentes diferem em cerca de 1 a 1.500 bases de DNA ou cerca de O, 1% do genoma. Essas variações do genoma incluem tanto polimorfismos quanto mutações. Um polimorfismo é uma variação do DNA sem dano clínico, que não afeta o fenótipo. Em contraste, o termo mutação se refere a uma variação no genoma que é pouco freqüente, mas potencialmente danosa, que está associada com uma determinada doença humana. No nível molecular, polimorfismo é uma variação na seqüência de nucleotídeos de um indivíduo para outro. Polimorfismos em geral ocorrem nas seqüências de íntrons, que não codificam proteínas. (Nota: Somente uma pequena porcentagem do genoma humano codifica, de fato, proteínas.) Polimorfismo de comprimento do fragmento de restrição (RFLP, de restriction fragment length polymorphism) é uma variação genética que pode ser examinada pela clivagem do DNA em fragmentos (fragmentos de restrição) com uma enzima de restrição. O comprimento dos fragmentos de restrição é alterado se a variação genética altera o DNA de forma a criar ou abolir um sítio de clivagem dessa endonuclease de restrição (um sítio de restrição). RFLPs podem ser usados para detectar defeitos genéticos hum-ctnos, por exemplo, nos pais ou em tecido fetal. A. Variações no DNA resultando em RFLPs Dois tipos de variações no DNA comumente resultam em RFLPs: mudança de uma única base na seqüência de nucleotídeos e repetições em tandem de seqüências de DNA. 1.

Mudanças em uma única base no DNA: Cerca de 90% da variação do genoma humano ocorrem na forma de polimorfismo de nucleotídeo único, ou SNP (de single nuc/eotide polymorphism), que é uma variação que envolve somente uma base (Figura 32.13). A alteração de um ou mais nucleotídeos em um sítio de restrição pode levar o sítio a não ser reconhecido por uma determinada endonuclease de restrição. Um novo sítio de restrição pode também ser criado pelo mesmo mecanismo. Em qualquer dos casos, a cl ivagem com endonucleases resulta em fragmentos de tamanhos diferentes do normal, que podem ser detectados pela hibridização do DNA (veja a Figura 32.12). (Nota: O sítio de restrição alterado pode estar no sítio de uma mutação causadora de uma doença ou em um sítio a alguma distância da mutação.)


Bioquímica Ilustrada

Indivíduo 1

O=

GC Seqüências com número variável de repetições em tandem tendem a ocorrer em aglomerados, com o número de repetições variando entre os indivíduos.

D=

455

-AGCT_ l ndívíduo 2

Sítios de restrição

--

Fragmentos de restrição (Indivíduo 1)

2.

Repetições em tandem: Alternativamente, polimorfismos no DNA cromossômico podem advir da presença de um número variável de repetições em tandem (VNTR, de variable number of tandem repeats, veja a Figura 32. 14), que são pequenas seqüências de DNA em localizações dispersas no genoma, repetidas em tandem (como vagões em um trem). O número dessas unidades de repetição varia de pessoa para pessoa, mas é único para cada indivíduo e, dessa forma, serve como uma impressão digital molecular. A clivagem por enzimas de restrição leva a fragmentos que variam em tamanho, dependendo de quantos desses segmentos repetidos estão contidos nos fragmentos. Variações no número de repetições em tandem podem levar a polimorfismos. Muitos Jocus de VNTR diferentes têm sido identificados e são extremamente úteis para análise de impressões digitais de DNA, como em casos de medicina forense e de identificação de paternidade. É importante enfatizar que esses polimorfismos, tanto SNPs quanto VNTRs, são simplesmente marcadores e, na maioria dos casos, não têm efeito na estrutura ou na taxa de produção de qualquer proteína em particular.

Fragmentos de r estriç ão (Indivíduo 2)

111111111111111 1111111 ltlllllllllllfltlltllllttlllltllllltutlttlll tllllllllllltiiUIIIII

I Eletroforese dos produtos com fragmentos identificados por sondas

B. Traçando cromossomas de pais para filhos Se o DNA de um indivíduo ganhou um sítio de restrição por meio de substituição de base, então a clivagem enzimática leva a pelo menos um fragmento adicional. Da mesma forma, se uma mutação resulta na perda de um sítio de restrição, menos fragmentos são produzidos pela clivagem enzimática. Um indivíduo que é heterozigoto para um polimorfismo apresenta uma variação na seqüência de DNA de um cromossoma, e não no DNA do cromossomo homólogo. Em tais indivíduos, cada cromossomo pode ser traçado dos pais até os filhos pela determinação da presença ou da ausência do polimorfismo. C. Diagnóstico pré-natal Famílias com história de uma doença genética grave, como uma criança já afetada ou um parente próximo afetado, podem desejar determinar a presença do distúrbio em um feto em desenvolvimento. O diagnóstico pré-natal permite a escolha de uma reprodução informada, se o feto é afetado. 1.

Métodos disponíveis. Os métodos diagnósticos disponíveis variam em sensibilidade e especificidade. A visualização do feto, por exemplo, pelo

Indivíduo 1

Indivíduo 2

O padrão dos fragmentos varia de uma pessoa para outra, de acordo com a posição e a maneira com que muitas das unidades repetidas do VNTR estão localizadas em seus genomas.

Figura 32.14 Polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição (RFLP) de números variáveis de repetições em tandem (VNTR) . Para cada indivíduo, um par de cromossomos homólogos é mostrado.


456

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

ultra-som ou por aparelhos de fibroscopia (fetoscópio), é útil somente se a anormalidade genética resulta em um defeito anatômico grosseiro, como, por exemplo, defeitos do tubo neural. A composição química do líquido amniótico também nos fornece sugestões diagnósticas. Por exemplo, a presença de altos níveis de a-fetoproteína está associada com defeito do tubo neural. Células fetais obtidas de líquido amniótico ou da biópsia de vilosidades coriônicas podem ser usadas para a determinação do cariótipo, que verifica a morfo logia dos cromossomas e m metáfase. Novas colorações e técnicas de separação celular têm permitido a rápida identificação de trissomias e translocações, que produzem cromossomas de tamanhos anormais. Entretanto, a análise molecular do DNA fetal promete nos fornecer a descrição genética mais detalhada.

Líquido amniótico

Células do vilo

2.

Fontes de DNA. O DNA pode ser obtido a partir de leucócitos, do líquido amniótico ou das vilosidades coriônicas (Figura 32.1 5). No passado, para se utilizar o líquido amniótico, era necessária a cu ltura de células para se ter suficiente DNA para a análise. Isso levava de duas a três semanas para se obter um número suficiente de célu las. O desenvolvimento da reação em cadeia da polimerase (PGR , veja a seguir) diminuiu drasticamente o tempo necessário para a análise do DNA.

3.

Diagnóstico direto de anemia falciforme usando RFLPs. As desordens gen éticas da hemoglobina são as doenças genéticas mais comuns em humanos. Até o momento, não existe tratamento satisfatório para a maioria dessas doenças, e o diagnóstico pré-natal é o único método disponível para limitar o número de indivíduos afetados. No caso da anemia falciforme (Figura 32.16), a mutação responsável pela doença é apenas uma, que também é responsável pelo polimorfismo. A detecção direta dos RFLPs de doenças que resultam de mutações pontuais é atualmente limitada a umas poucas doenças genéticas. a. Primeiros esforços para diagnosticar a a nemia falc iforme. No passado, o diagnóstico pré-natal das hemoglobinopatias envolveu a determinação da quantidade e dos tipos de hemoglobina sintetizadas nas células vermelhas obtidas do sangue fetal. Por exemplo, a presença da hemoglobina S em hemolisàdos indicava anemia faleiforme. Entretanto, procedimentos invasivos para obter sangue fetal implicam em uma alta taxa de mortalidade (cerca de 5%) e o diagnóstico não pode ser realizado até o final do segundo trimestre da gestação, quando a HbS começa a ser produzida (veja a pág. 35) .

Vilosidades

b.

coriônica

Figura 32.15 Amostra de células fetais. A. Líquido amniótico. B. Vilosidade coriônica.

Análise de RFLP. A anemia falciforme é um exemplo de uma doença genética causada por uma mutação pontual (veja a pág. 36). A seqüência alterada pela mutação abole o sítio de reconhecimento da endonuclease de restrição Mstll , que reconhece a seqüência nucleotídica CCTNAGG (onde N é qualquer nucleotídeo, veja a Figura 32.16). Assim, a mutação de A para T em um códon do gene da ~·-globina elimina o sítio de clivagem para essa enzima. O DNA normal digerido com Mstfl produz um fragmento de 1,15 kb, enquanto um fragmento de 1 ,35 kb é gerado do gene ~·. devido à perda do sítio de clivagem para Mstfl. Técnicas diagnósticas para analisar DNA fetal (de células amnióticas ou de amostra de vilosidades coriônicas), em vez de sangue fetal , têm se mostrado valiosas, porque fornecem uma detecção segura e precoce da anemia falciforme, assim como de outras doenças genéticas.


Bioquímica Ilustrada

Detalhes de uma porção do gene da (3-globina

Hb S

457

A mutação de A para T no códon seis do gene da f3·globina elimina um sítio de restrição para a enzima MS711.

.. .TCAAACAGA Códon para o sexto aminoácido da (3-globina

HbA

: AAG !TCT !GCC GIT...

Promotor

Éxon 3

Íntron 2

Clivagem do gene da (3-globina com uma endonuclease de restrição Sítio de restrição presente no DNA normal e no DNA da célula falciforme

AA

ss

AS

e Sitio de restrição presente no DNA normal, mas ausente no DNA da célula falciforme 138 (1.350 bp)

Prometer

I3A (1.150 bp)

1

1.150bp

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pS 1.350 bp

A el etroforese dos fragmentos de restrição do DNA de indivíduos normais apresenta um fragmento de 1 .150 pb, usando uma sonda específica para o gene da (3-globina.

Figura 32.16 Detecção da mutação da ~ 5 -globina. pb =Pares de bases

A eletroforese dos fragmentos de restrição do DNA de um paciente com anemia falciforme apresenta um fragmento de 1.350 pb, devido à perda de um sítio de restrição.

A el et roforese dos fragmentos de restrição do DNA de um heterozigoto apresenta ambos os fragmentos, de 1.150 pb e 1.350 pb.


458

Pamela C. Champe , Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

4. Mutações no gene da fenilalaninahidroxi/ase ocorrem em todos os treze éxons do gene. A maioria são mutações com perda de sentido, embora mutações do tipo quebra, sem sentido e silenciosas, assim como deleções e inserções, já tenham sido encontradas.

. .. .= ..

Freqüência relativa de mutações em cada éxon: •

• =Baixo

* ** *

:

Alto

*

*

. **

Diagnóstico pré-natal indireto de fenilcetonúria usando RFLPs. O gene da fenilalanina-hidroxilase (PAH), deficiente na fenilcetonúria (PKU, veja a pág. 268), está localizado no cromossoma 12. Ele abrange cerca de 90 kb de DNA genômico e contém 13 éxo ns, separados por íntrons (Figura 32.17; veja a pág. 424 para uma descrição dos éxons e íntrons). Mutações nesse gene geralmente não afetam diretamente nenhum sítio de reconhecimento de endonucleases de restrição. Para estabelecer um protocolo diagnóstico para essa doença genética, devese analisar o DNA dos membros da família de um indivíduo afetado. A ch ave é identificar marcadores (RFLPs) que estão fortemente ligados ao traço da doença. Uma vez que esses marcadores sejam identificados, a análise de RFLP pode ser utilizada para realizar o diagnóstico pré-natal. a.

Identificação do gene. Pode-se determinar a presença de um gene mutante pela identificação de polimorfismos marcadores se duas condições são satisfeitas. Primeiro, se o polimorfismo é bastante ligado à mutação que causa a doença, o gene defeituoso pode ser rastreado pela detecção dos RFLPs. Por exemplo, se examinamos o DNA de uma fam ília carregando um gene produtor de doença por clivagem de restrição e transferência de Southern, algumas vezes é possível encontrar um RFLP consistentemente associado com o gene produtor da doença (isto é, ele mostra uma ligação forte). Nesse caso, é possível rastrear a herança do DNA produtor da doença em uma fam ília sem o conhecimento da natureza do defeito genético ou sua localização precisa no genoma. (Nota: O polimorfismo pode ser conhecido a partir de um estudo de outras famílias com a doença, ou pode ser descoberto como único na família sob investigação.) Segundo, para doenças autossômicas recessivas, idealmente um indivíduo afetado estaria disponível, na família, para ajudar no d iagnóstico. Esse indivíduo apresentaria a mutação em ambos os cromossomas, permitindo a identificação do RFLP associado com a doença genética.

b.

Análise de RFLP. A presença de genes PAH anormais pode ser demonstrada uti lizando-se polimorfism ~ de DNA como marcadores para distinguir entre genes normais e genes mutantes. Por exemplo, a Figura 32.18 mostra um padrão típico, obtido quando o DNA de leucócitos de uma família é clivado com uma enzima de restrição apropriada e submetido a uma eletroforese. As setas verticais representam os sítios de clivagem para a enzima de restrição utilizada. A presença de um sítio de polimorfismo (veja a pág. 454 para uma discussão sobre polimorfismos) cria um fragmento "b" no auto-radiograma (após a hibridização com uma sonda PAH-DNAc marcada), enquanto a ausência desse sítio fornece somente um fragmento "a". Observe que a análise do indivíduo 11-2 demonstra que o polimorfismo, como evidenciado pela presença do fragmento "b", está associado com o gene mutante. Dessa forma, nessa família em particular, o aparecimento do fragmento "b" corresponde à presença de um sítio polimórfico que marca o gene PAH anormal. A ausência do fragmento "b" corresponde à presença apenas do gene normal. Na Figura 32.18, o exame do DNA fetal mostra que o feto herdou dois genes anormais de seus pais e, dessa forma, apresenta PKU.

c.

O valor da triagem . A triagem com base no DNA é útil não somente para determinar se um feto é afetado, mas também para

*

r---.~,-------

~

. * * **

.** **

. ** *

I=Éxon

. ...• • •

'J

*

+

*

1 2

3

-11 I

Bgt t t

Pvul!b

Pvul la

4

I Ecot

t

Hindlll

Ms~ll

Xmnl

~~--------~v~--------~/ Alguns sítios clivados pelas enzimas de restrição

Figura 32.1 7 O gene da fenila/anina-hidroxilase, apresentando 13 exons, os sítios de restrição e algumas das mutações que resultam em fenilcetonúria.


Bioquímica Ilustrada

459

Os pais são heterozigotos para o gene da fenilalanina-hidroxilase. Assim, ambos apresentam os dois fragmentos, "a" (normal) e "b" (alterado), clivados por uma nuclease de restrição.

Esta criança não é afetada e mostra somente o fragmento "a" quando seu DNA é digerido com a mesma endonuclease de restrição utilizada para o DNA de seus pais. Assim, o gene normal é associado com o polimorfismo que fornece o fragmento "a".

Esta criança é afetada (não tem atividade da fenilalaninahidroxilase) e mostra somente o fragmento "b" quando o DNA é digerido com a mesma endonuclease de restrição. Assim, o gene alterado está associado com o polimorfismo que fornece o fragmento "b" .

2

11 2

3

4

*

~~ne

Tamanho decrescente dos fragmentos de DNA

5'

PAH norma:

a

! Eletroforese

O DNA fetal mostra somente o fragmento "b" quando o DNA é digerido com a mesma endonuclease de restrição. Isso significa que o feto é afetado, porque ele herdou dois genes anormais de seus pais e mostra o genótipo "bb". Legenda:

D

HomemQ Mulher

()Feto

ct

Heterozigoto

11

Homozigoto

Figura 32.18 Análise de polimorfismo de comprimento do fragmento de restrição em uma família com uma criança afetada por fenilcetonúria. Não se sabe qual o defeito molecular no gene da fenilalanina-hidroxilase (PAH) na família. A família quer saber se a gestação em progresso será afetada por fenilcetonúria.

detectar portadores do gene para a PKU. A PKU, como muitos outros erros inatos do metabolismo dos aminoácidos, é herdada como um traço autossômico recessivo. É importante identificar heterozigotos para planejamento familiar futuro.

VIl.

REAÇÃO EM CADEIA DA POLIMERASE

A reação em cadeia da polimerase (PCR, de, polymerase chain reaction) é um método para amplificação de uma seqüência de DNA selecionada, que não se baseia no método de clonagem biológico, descrito na pág. 446. A PCR permite


460

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

o

5

-LCWJ:lLl)JJJ:CLOJVCU:OJJJJJJJJJJJVI:UJJ:lllUUllU:WvU:U:UWJJJJJJJ 3·

3·arr~rcrrarrarranmmnrrarrararrrrrr 5 '

Desnaturação do DNA em fitas separadas

Região flanqueadora

Seqüência-alvo

Região flenqueadora

5'WJJJJJJVWllJJJJJJVWVWVlllCUJJVWJJJJVOJJJVCJJJ)::a:u;:JJJJJJVOVü 3' Sentido do alongamento da cadei a

Primers se anelam em " regiões flanqueadoras" do DNA de fila simples

+-- 3' ccccrrrmrrmr) 5'

Primer

3.

5'

~Sentido

Primer

do alongamento da cadeia

3·armnrrrrrrcamrra~ 5·

5'

WJJVULJJJVWVUJVUJJJJJJVOJVUm)JJJJJJJJJJJViVlJ 3' Sentido do alongamento da cadeia

Primers são alongados pela DNA polimerase

3' -~ 5'

Primer

Primer 5' 3' Sentido do al ongamento da cadeia om::n=rrrrarrrrrnrrccrrrrrrrr~ 5·

As duas novas moléculas de DNA de fila dupla podem ser desnaturadas e copiadas pelos passos 1 a 3.

Figura 32.19 Passos em um ciclo da reação em cadeia da polimerase.

a síntese, em poucas horas, de milhões de cópias de uma seqüência de nucleotídeos específica. Ela pode amplificar a seqüência, mesmo quando a seqüênciaalvo represente menos de uma parte em um milhão da amostra inicial total. O método pode ser utilizado para amplificar seqüências de DNA de qualquer fonte - bactérias, vírus, plantas ou animais. Os passos da PCR estão resumidos nas Figuras 32.1 9 e 32.20.

A_ Passos da PCR A PCR usa a DNA-polímerase para amplificar repetitiva mente as porçõesalvo do DNA. Cada ciclo de amplificação dobra a quantidade de DNA na amostra, levando a um aumento exponencial no DNA com ciclos repetidos de amplificação. A seqüência de DNA amplificado pode então ser analisada por eletroforese em gel, hibridização de Southern ou determinação seqüencial direta. 1_

Construção do iniciador (primer). No método da PCR, não é necessário saber a seqüência de nucleotídeos do DNA-alvo. Entretanto, é


Bioquímica Ilustrada

necessário saber a seqüência de nucleotídeos de pequenos segmentos de cada lado do DNA-alvo. Esses segmentos, chamados seqüências flanqueadoras , delimitam a seqüência de DNA de interesse. As seqüências de nucleotídeos das regiões flanqueadoras são usadas para construir dois oligonucleotídeos de fita simples, geralmente com 20 a 35 nucleotídeos, que são complementares às respectivas seqüências flanqueadoras. A extremidade 3'-hidroxi la de cada primer aponta em direção à seqüência-alvo (veja a Figura 32.19). Esses oligonucleotídeos sintéticos funcionam como primers na reação da PGR. 2.

Desnaturação do DNA. O DNA a ser amplificado é aquecido, a fim de separar o DNA-alvo de fita dupla em fitas simples.

3.

Anelamento dos primers ao DNA de fita simples. As fitas separadas são resfriadas e anelam-se* aos dois primers (um em cada fita).

4.

Extensão da cadeia. DNA-polimerase e desoxirribonucleosídeos trifosfatados (em excesso) são adicionados à mistura para iniciar a síntese de duas novas seqüências, complementares à seqüência de DNA original. A DNA -polímerase adiciona nucleotídeos à extrem idade 3 '-hidroxila do primer, e o crescimento da fita se estende sobre o DNA-alvo, fazendo cópias complementares do alvo. (Nota: Produtos de PGR podem _apresentar um comprimento de centenas de pares de bases.) Quando um ciclo de replicação se completa, a mistura da reação é aquecida novamente, para desnaturar as fitas de DNA (das quais há agora quatro). Cada fita de DNA se liga a um primer complementar e o ciclo de extensão da fita é repetido. Utilizando-se uma DNA-polimerase estável ao calor (por exemplo, a Taq polímerase), obtida de uma bactéria que normalmente vive em altas temperaturas (uma bactéria termófila), a polimerase não é desnaturada e, dessa forma, não precisa ser adicionada a cada novo ciclo. Tipicamente, 20 a 30 ciclos são realizados durante esse processo, amplificando o DNA de um milhão a um bilhão de vezes. (Nota: Cada produto de extensão de um primer inclu i uma seq üência complementar ao primer na extremidade 5' da seqüência-alvo [veja a Figura 32.19]. Assim, cada polinucleotídeo recém-sintetizado pode agir como uma matriz para os ciclos sucessivos [veja a Figura 32.20]. Isso leva a um aumento exponencial na quantidade de DNA-alvo em cada ciclo e, por essa razão, o nome "reação em cadeia da polimerase".)

Primeiro ciclo

461

DNA de interesse

Seqüência-alvo

Primer

Prime r

Terceiro ciclo

B. Vantagens da PCR As maiores vantagens da PGR sobre a clonagem, como um mecanismo para a amplificação de uma seqüência especifica de DNA, são a sensibilidade e a rapidez. Seqüências de DNA presentes apenas em pequenos traços podem ser amplificadas e se tornarem a seqüência predominante. A PGR é tão sensível que seqüênci as de DNA presentes em uma única célula podem ser amplificadas e estudadas. Isolar e amplificar uma seqüência específica de DNA por PGR é mais rápido e tecnicamente mais fácil do que os métodos de clonagem tradicionais usando técnicas de DNA recombinante.

C. Aplicações A PGR se tornou uma ferramenta muito comum para um grande número de aplicações. Estas incluem:

N. de T. Os segmentos complementares se encontram, refazendo a fita dupla .

Múltiplas cópias da seqüência-alvo

Figura 32.20 Ciclos múltiplos da reação em cadeia da polimerase.


462

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

1.

Comparação de um gene normal clonado com uma forma mutante do gene, não-clonada. A PCR permite a síntese de DNA mutante em quantidade suficiente para um protocolo de seqüenciamento sem a clonagem trabalhosa do DNA alterado.

2.

Detecção de seqüências de ácidos nucléicos pouco abundantes. Por exemplo, vírus que apresentam um período de latência longo, como o HIV, são difíceis de se detectar no estágio inicial da infecção utilizando-se métodos convencionais. A PCR oferece um método rápido e sensível para detectar seq üências de DNA virai, mesmo quando somente uma pequena porção das células está infectada pelo vírus.

3.

Análise forense de amostras de DNA. "Impressões digitais" de DNA, obtidas por PCR, revolucionaram a análise de evidências colhidas em cenas de crimes. DNA isolado de um único fio de cabelo humano, uma pequena gota de sangue ou uma amostra de sêmen é suficiente para determinar se uma amostra vem de um determinado indivíduo. Os marcadores de DNA analisados para tal "impressão digital" são, mais comumente, os polimorfismos de pequenas repetições em tandem (STRs, de short tandem repeats). Eles são muito similares aos VNTRs descritos anteriormente (veja a pág. 455), mas são menores. (Nota: A verificação de paternidade utiliza as mesmas técnicas.)

4.

Diagnóstico pré-natal e detecção de portadores de fibrose cística. A fibrose cística é uma doença genética autossômica recessiva, que resulta de mutações no gene da p roteína reguladora transmembrana da fibrose cística (CFTR). A mutação mais comum é uma deleção de três pares de bases, que resulta na perda de um res íduo de fenilalanina da proteína CFTR. Como o alelo mutante é três bases menor do que o alelo normal, é possível distinguir um do outro pelo tamanho do produto de PCR obtido da amplificação dessa porção de DNA. A Figura 32 .21 ilustra como o resultado desse teste de PCR pode distinguir entre indivíduos homozigotos normais, heterozigotos (portadores) e homozigotos mutantes (afetados).

Prímer de PCR

~

/

Prímerde PCR

~

/

PCR seguida por eletroforese do produto

Homozigoto mutante (afetado)

O heterozigoto apresenta ambos os alelos, normal e mutante, do gene CFTR, e a PCR fornece dois produtos.

Figura 32.21 Teste genético para fibrose cística usando PCR. CFTR = Regulador transmembrana da fibrose cística.

VIII. ANÁLISE DA EXPRESSÃO GÊNI~A As ferramentas da biotecnologia nos permitem não somente estudar a estrutura do gene, mas também nos fornecem meios de analisar os produtos da expressão gênica - RNAm e proteínas. A. Determinação dos níveis de RNAm Os níveis de RNA mensageiro geralmente são determinados por hibridização de sondas marcadas para o próprio RNAm ou para o DNAc produzido a partir do RNAm. 1.

Transferência de Northern. Transferências de Northern são muito similares à transferência de Southern (veja a Figura 32.12, pág. 453), exceto pelo fato de que a amostra original contém uma mistura de moléculas de RNAm que são separadas por eletroforese e, a seguir, transferidas para uma membrana e hibridizadas com uma sonda radioativa. As bandas obtidas pela auto-radiografia nos dão uma medida da quantidade e do tamanho de uma determinada molécula de RNAm na amostra.


Bioquímica Ilustrada

2.

Microssatélites. Microssatélites de DNA contêm milhares de seqüências de DNA imobilizadas, organizadas em uma área que não é maior que uma lâmina de microscópio. Esses microssatélites são usados para analisar uma amostra, procurando pela presença de variações de genes ou mutações (genotipagem), ou para determinar os padrões de produção de RNAm (an álise d a expressão gênica), analisando milhares de genes ao mesmo tempo. Para a análise de genotipagem, a amostra celular é o DNA genômico. Para a análise de expressão, a população de moléculas de RNAm, obtidas a partir de um determinado tipo de célula, é convertida em DNAc e marcada com corante fluorescente (Figura 32.22). Essa mistura é então exposta a um gene molde, - que é uma lâmina de vidro ou uma membrana contendo milhares de pequenos pontos de DNA, cada um correspondendo a um gene diferente. A quantidade de fluorescência em cada banda é a medida da quantidade daquele dete rminado RNAm na amostra. Microssatélites de DNA são geralmente utilizados para a determinação de diferentes padrões de expressão gênica em dois tipos disti ntos de células - por exemplo, células normais e cancerosas (veja a Figura 32.22) . (Nota: Os médicos esperam ser capazes, um dia, de estabelecer o tratamento correto para cada paciente individualmente, com base no padrão específico de expressão de microssatélites apresentado pelo tumor individual do paciente.)

Célula cancerosa

Célula normal

RNAm

Transcriptase reversa

DNAc

J

'f

~ __,--_./ ~

~ I

Marcado com molécula fluorescente verde

Marcado com molécula fluorescente vermelha

B. Análise de proteínas O tipo e a quantidade de proteínas nas células não corresponde sempre diretamente à quantidade de RNAm presente. Alguns RNAm são traduzid os mais efi cien temente do que ou tros, e al gumas proteín as sofrem modificações após a tradução, pela adição de glicídeos ou lipídeos ou de ambos. Assim, o genoma contém cerca de 40.000 genes, mas uma célula típica produz centenas de milhares de proteínas diferentes. Quando investigamos uma, ou um número limitado de produtos gênicos, é conveniente usar anticorpos marcados para detectar e quantificar proteínas específicas. Entretanto, quando analisamos a quantidade e as interações de um grande número de proteínas celulares (chamadas proteômicas, veja a seguir), métodos automatizados são utilizados, empregando eletroforese bidimensional em gel, espectrometria de massa, cromatografia líquida multidimensional e bioinformática. 1.

Ensaios imunoabsorventes ligados a enzimas (ELISAS). Esses métodos são realizados em poços d e placas plásticas. O antígeno (proteína) é ligado ao plástico da placa. A sonda utilizada consiste em um anticorpo específico para uma determinada proteína a ser medida. Esse anticorpo é ligado covalentemente a uma enzima, que irá produzir um produto colorido quando exposta ao seu substrato. A quantidade de co r produzida pode ser usada para determinar a quantidade de proteína (ou anticorpo) na amostra testada.

2.

Transferência de western. As transferências de western (também chamadas de imunoblots) são similares às transferências de Southern , exceto pelo fato de que as moléculas de proteína na amostra são separadas por eletroforese e transferidas para uma membrana. A sonda é um anticorpo marcado, que produz uma banda onde estiver localizado o seu antígeno.

3.

Detectando exposição ao HIV. Ensaio por meio de ELISA e transferência de western são comumente utilizados para detecta r exposição

463

Figura 32.22 Análise de microssatélites de expressão gênica.


464

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Fe rrier

Pac i~nte 1

li

Pacie~te 2

I

Amostra de sangue para teste por ELISA

t

t

ao HIV pela medida da quantidade de anticorpos anti-HIV presentes em uma amostra de sangue de um paciente. Ensaios por ELISA são usados como ferramenta inicial de triagem, porque eles são muito sensíveis. Entretanto, esses ensaios algumas vezes fornecem resultados falso-positivos, e, por isso, transferências de western, que são mais específicas, são usadas como testes confirmatórios (veja a Figura 32.23). (Nota: ELISA e transferência de western só podem detectar a exposição ao HIV após os anticorpos anti-HIV aparecerem na corrente sangüínea. Testes para HIV com base em PCR são mais úteis nos primeiros meses após a exposição.)

Paci~nte 3

t

o o o

Positivo

Positivo

I

I

Negativo I

I

Confirmação do teste por western

t

t

t 4.

Positivo o soro do paciente contém anticorpos para HIV

Negativo Negativo o soro do paciente mostrou uma resposta falso-positiva no ensaio de ELISA

IX. TERAPIA GÊNICA

Figura 32.23 Teste para exposição ao HIV por ELISA (ensaio imunoabsorvente ligado à enzima) e transferência de western.

TÉCNICA

A proteômica envolve o estudo de todas as proteínas expressas por um genoma, incluindo abundância relativa, distribuição, modificações realizadas após a tradução, funções e interações com outras macromoléculas. Os aproximadamente 40.000 genes do genoma humano são traduzidos em centenas de milhares de proteínas, quando são considerados o processamento alternativo e as modificações realizadas após a tradução. Enquanto o genoma permanece inalterado, as quantidades e os tipos de proteínas em qualquer célula em particular mudam dramaticamente conforme os genes são acionados ou "desligados". A proteômica oferece o potencial de identificar novos marcadores de doenças e alvos para drogas. A Figura 32.24 compara algumas das técnicas analíticas discutidas neste capitulo.

O objetivo da terapia gênica é inserir o DNA de um gene normal, clonado, na célula somática de um paciente que possui esse gene defeituoso, em função de uma mutação causadora de uma doença. O DNA deve tornar-se perm anentemente integrado ao cromossoma do paciente, de forma a ser adequadamente expresso para produzi r a proteína correta. Por exemplo, pacientes com imunodeficiência combinada grave (SCID, de severe combined immunodeficiency disease) apresentam imunodeficiência como resultado de mutações ou no gene da adenosina-desaminase (pág. 299) ou em um gene que codifica uma subunidade do receptor da interleucina ( imunodef~iência combinada grave ligada ao X, SCID-X1 ). Pacientes com ambos os tipos de SCID têm sido tratados com

AMOSTRA ANALISADA

UTILIZAÇÃO DE GEL

OBJETIVO

Transferência de Southern

DNA

Sim

Detecta mudanças no DNA

Transferência de northern

RNA

Sim

Mede quantidade de RNAm

Transferência de w estern

Proteína

Sim

Mede quantidade de proteína

ASO

DNA

Não

Detecta mutações no DNA

Microssatélites

RNAou DNAc

Não

Mede os níveis de vários RNAm ao mesmo tempo

ELISA

Proteínas ou anticorpos

Não

Detecta proteínas (antígenos) ou anticorpos

Proteõmica

Proteínas

Sim

Mede abundância, distribuição, modificações pós-tradução, funções e interações de proteínas celulares

Figura 32.24 Técnicas utilizadas para analisar DNA, RNA e proteínas. ASO = Oligonucleotídeos alelo-específicos. ELI SA= ensaio imunoabsorvente ligado à enzima.


Bioquímica Ilustrada sucesso com a incorporação de cópias funcionais do gene adequado em suas célu las (Figura 32.25). (Nota: Isso em geral é chamado de "terapia de reposição gênica".) Embora a terapia gênica seja uma estratégia terapêutica atraente para indivíduos com doenças herdadas, o método não é isento de riscos. Por exemplo, transferência gênica mediada por retrovírus foi capaz de corrigir imunodeficiência combinada grave ligada ao X (SCID-X 1) em 9 de 1O pacientes. Entretanto, vários pacientes desenvolveram leucemia , provavelmente por causa da ativação de um oncogene hematopoiético. A terapia gênica é, certamente, um trabalho em andamento.

X.

AN IMAIS TRANSGÊNICOS

Animais transgênicos podem ser produzidos por meio da injeção de um gene clonado em um ovo fertilizado. Se o gene se torna integrado ao cromossoma com sucesso, ele estará presente na linhagem germinativa do animal resu ltante, e pode ser passado por gerações. Um camundongo gigante chamado "Supercamundongo" foi produzido dessa forma, injetando-se o gene para o hormônio do crescimento de rato em um ovo fertilizado de camundongo. Do mesmo modo, cabras e vacas transgênicas podem agora ser desenhadas para produzir hormônio humano em seus leites. Algumas vezes, em vez de introduzir um gene funcional em um camundongo transgênico, um gene mutante é utilizado para substituir as cópias norm&;s desse gene nas células do camundongo. Esse procedimento pode ser usado para produzir uma colônia de "camundongos nocaute", deficientes em uma determinada enzima. Tais animais podem servir como modelos para estudo de uma doença humana correspondente. Por exemplo, camundongos transgênicos carregando cópias mutantes do gene da distrofina serve m co mo modelos animais para o estu do da distrofia muscular.

XI.

O

465

Coleta de um pouco de sangue do paciente. Os linfócitos são separados de outras células do sangue.

f t As células são Iiii injetadas novamente no paciente, e este recupera a fun ção imunológica. Gene alterado

fJ

Os linfócitos são infectados com retrovirus modificado para carregar o gene normal para adenosina-desaminase.

RESUMO DO CAPÍTULO

Endonucleases de rest rição são enzimas bacterianas que clivam a fita dupla de DNA em fragmentos menores. Cada enzima cliva o DNA em posições onde ocorrem seqüências específicas de nucleotídeos, com quatro a seis pares de bases, produzindo segmentos de DNA chamados fragmentos de restrição. As seqüências que são recon hecidas são palínd romos. Essas enzimas produzem ou cort es em degrau (extremidades adesivas) ou extremidades retas no DNA. Uma seqüência de DNA que é reconhecida por uma enzima de restrição é chamada sítio de restrição. DNA-Iigases bacterianas podem anelar dois fragmentos de DNA de diferentes fontes se eles foram cortados pela mesma endonuclease de restrição. Essa combinação híbrida de dois fragmentos é chamada de molécula de DNA recombinante. A introdução de uma molécula de DNA de outro organismo em uma célu la em divisão permite a amplificação (produção de muitas cópias) do DNA - um processo chamado clonagem. Um vetor é uma molécula de DNA à qual está ligado o fragmento de DNA a ser combinado. Os vetores devem ser capazes de replicação autônoma na célula hospedeira e devem conter pelo menos uma seqüência de nucleotídeos específica, que seja reconhecida por uma endonuclease de restrição. Também devem carregar pelo menos um gene que confira ao vetor capacidade de seleção, como o gene de resistência a antibiótico. Organismos procarióticos normalmente contêm moléculas de DNA pequenas, circu lares, extracromossomais chamadas plasm ídeos, que podem servir como vetores. Eles podem ser rapidamente isolados de uma bactéria, anelados ao DNA de interesse e introduzidos novalmente na bactéria que vai se replicar, fazendo assim múltiplas cópias do plasmídeo híbrido. Uma biblioteca de DNA é uma coleção de fragmentos de restrição clonados do DNA de um organismo. Uma biblioteca genômica é uma coleção de fragmentos de DNA de

Retrovirus

n

1:11

o gene se torna integrado aos c romossomos da célula e é expresso. Alguns dos linfócitos do paciente agora sintetizam adenosina-desaminase.

Figura 32.25 Terapia gênica para um paciente com imunodeficiência combinada grave causada por uma deficiência na adenosina-desaminase.


466

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

fita dupla, obtidos da digestão do DNA total do organismo com uma endonuclease de restrição e subseqüente ligação a um vetor apropriado. Ela idealmente contém uma cópia de cada seqüência de nucleotídeos do DNA do genoma. Em contraste, bibliotecas de DNAc (DNA complementar) contêm somente aquelas seqüências de DNA que são complementares às moléculas de RNAm presentes em uma célula e diferem de um tipo celula r para outro. Como o DNAc não possui seqüências não-codificadas, como íntrons, ele pode ser clonado em um vetor de expressão, para a síntese de proteínas eucarióticas por bactérias. Fragmentos de DNA clonados e purificados podem ser seqüenciados, por exemplo, utilizando-se o método de didesoxi de Sanger. Uma sonda é um pedaço de DNA de fita simples (geralmente marcado com um radioisótopo, como o 32 P, ou com outro composto que possa ser reconhecido, como a biotina) que apresenta uma seqüência de nucleotídeos complementar à molécula de DNA de interesse (DNA-alvo). Sondas podem ser utilizadas para identificar qual clone de uma biblioteca ou qual banda em um gel contém o DNA-alvo. A transferência de Southern é uma técnica que pode detectar genes específicos, presentes no DNA. O DNA é clivado por meio de uma endonuclease de restrição , os fragmentos são separados por eletroforese em gel e, a seguir, são desnaturados e transferidos para uma membrana de nitrocelulose para análise. O fragmento de interesse é detectado por meio de uma sonda . O genoma humano contém milhares de polimorfismos, que não afetam a estrutura ou a função do indivíduo. Um gene polimórfico é aquele no qual os alelos variantes são suficientemente comuns para serem úteis como marcadores genéticos. Um polimorfismo de comprimento de fragmento de restrição (RFLP) é uma variante genética que pode ser examinada pela clivagem do DNA em fragmentos de restrição utilizandose uma enzima de restrição . A substituição de uma base em um ou mais nucleotídeos em um sítio de restrição pode tornar esse sítio irreconhecível por uma determinada endonuclease de restrição. Um novo sítio de restrição também pode ser criado pelo mesmo mecanismo. Em ambos os casos, a clivagem com a endonuclease resulta em fragmentos de comprimento diferentes do normal, que podem ser detectados por hibridização do DNA. Essa técnica pode ser usada para diagnosticar doenças genéticas no feto no início da gestação. A reação em cadeia da polimerase (PCR), um método para amplificação de uma seqüência selecionada de DNA, não se baseia no método de clonagem biológica. Essa técnica permite a síntese, em poucas horas, de crilhões de cópias de uma seqüência nucleotídica específica. Ela pode amplificar a seqüência, mesmo quando a seqüência-alvo é menos de uma parte em um milhão da amostra total inicial. O método pode ser usado ·para amplificar seqüências de DNA de qualquer fonte. Aplicações da técnica de PCR incluem: 1) comparações eficientes de um gene normal clonado com uma forma mutante não-clonada; 2) detecção de seqüências pouco abundantes de ácidos nucléicos; 3) análise forense de amostras de DNA; e 4) diagnóstico pré-natal e detecção de portadores, como, por exemplo, na fibrose cística. Os produtos da expressão gênica (RNAm e proteínas) podem ser medidos por técnicas como as que seguem. Transferências de northern são muito similares às transferências de Southern , exceto pelo fato de que a amostra original contém uma mistura de moléculas de RNAm que são separadas por eletroforese e depois hibridizadas com uma sonda radioativa. Microssatélites são utilizados para determinar os diferentes padrões de expressão gênica em dois tipos diferentes de células - por exemplo, célu las normais e cancerosas. Ensaios imunoabsorventes ligados a enzimas (ELISA) e transferência de western (imunoblof) são usados para detectar proteínas específicas.


Bioquímica Ilustrada

467

Questões para Estudo Escolha a ÚNICA resposta correta. 32.1 Hindlll é uma endonuclease de restrição, comumente usada para clivar DNA humano em fragmentos, antes de inseri-lo em um plasmídeo. Qual das seqüências a seguir seria a mais provável seqüência de reconhecimento para essa enzima? A. B. C. O. E.

AAGGAA AAGAAG AAGTTC AAGCTT AAGAGA

32.2 Um casal de judeus Ashkenazi traz seu filho de seis meses para uma avaliação por desatenção, deficiente controle da cabeça e olhar fixo. Você determina que ele apresenta a doença de Tay-Sachs, uma doença autossômica recessiva. O casal também tem uma fi lha. O diagrama abaixo mostra a árvore genealógica da família, juntamente com a análise, por transferência de Southern, de um RFLP fortemente ligado ao gene da hexosaminidase A. Qual das afirmações abaixo é mais correta com relação à filha?

• Filho

Resposta correta "' O. A maioria das endonucleases de restrição reconhece palíndromos, e AAGCTI é o único pal(ndromo entre as escolhas. Como somente é dada a seqüêhcia de uma fita de ONA, deve-se determinar a seqüência de bases da fita complementar. Para ser um palíndr omo, ambas as fitas devem ter a mesma seqüência quando lidas na direção 5'--) 3'. Assim, o complemenio de 5' AAGCTI 3' também é 5' AAGCTI 3'.

Resposta correta :: E. Os pais devem ser portadores da doença. O filho deve ter herdado um alelo mutante de cada genitor. Como ele mostra somente uma banda de 3 kb na transferência de Southern, o alelo mutante para essa doença deve estar ligado à banda de 3 kb· em cada genítor.' O alelo normal dev~;J estar ligado à bandá de 4 kb em ambos os pais. Como a filha herdou a ban.d a de 4 l<b de ambos os pais, ela deve ser homozi9ota norma) para o gene da hexosaminidase A.

o Filha

4 kb

3 kb L __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ __ _ _ _ _ __ __ _ _ _ _ _ _ _

~

1

A. B. C. O. E.

Ela tem 25% de chance de ter a doença de Tay-Sachs. Ela tem 50% de chance de ter a doença de Tay-Sachs. Ela tem a doença de Tay-Sachs. Ela é uma portadora da doença de Tay-Sachs. Ela é homozigota normal.

32.3 Um médico gostaria de determinar os padrões globais de expressão gênica em dois tipos diferentes de células tumorais, a fim de desenvolver a forma mais apropriada de quimioterapia para cada paciente. Qual das seguintes técnicas seria mais apropriada para tal objetivo?

A. Transferência de Southern . B. Transferência de northern. C. Transferência de western. O. ELISA. E. Microssatélites.

Resposta correta = E. A análise por microssatélites permite a determinação da produção de RNAm (e, assim, a expressão gênica) de milhares de genes de uma vez. Uma transferência de northern mede somente a produção de RNAm de um gene de cada vez. Transferência de western e ELISA medem a pro-. du.ção de proteínas (também expressão·gênica), mas somente de um gene por vez. Transferências de Southern são usadas para analisar o DNA e não a expressão gêniça,


468

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

32.4 Uma companhia farmacêutica quer produzir uma cabra transgénica que secrete hormônio do crescimento humano no leite. Qual dos seguintes testes seria mais apropriado para se aplicar às amostras de leite, a fim de identificar uma cabra que satisfaça esse requerimento? ELISA. Transferência de northern. Transferência de Southern. Transferência pontual, usando sondas oligonucleotídi· cas alelo-específicas. E. Análise de RFLP.

A. B. C. D.

32.5 Uma pesquisadora clonou e isolou um pequeno fragmento de fita simples de DNA. Ela seqüenciou esse fragmento usando o método de didesoxi de Sanger. Os resultados do seu gel de seqüenciamento são mostrados abaixo. Qual é a seqüência de seu fragmento de fita simples original?

G

A. TACCAG B. CTGGTA c. ATGGTC D. GACCAT E. TCCAAG

A

c

T

=

Resposta correta A. As análises por ELISA são comumente ~o~sadas para detectar produção de proteínas. A transferência de northern pode detectar a produção de RNAm, mas não vai garantir que a proteína foi produzida. A transferência de Sou· thern, sondas ASO e análise de RFLP podem ser usadas para estudar o DNA inserido na cabra, mas não darão informação sobre a produção da proteína.

Resposta correta = B. A seqüência na nova fita de DNA sin· tetizada usando o método de didesoxi de Sanger pode ser determinada lendo-se as bandas no gel, de baixo para cima, como 5' TACCAG 3'. Esta é complementar à fita original, que é, portanto, 5' CTGGTA 3'.


Resumo de Fatos-chave na Bioquímica Visão geral dos aminoácidos:

ESTRUTURA DOS AMINOÁCIDOS (pág_ 1)

• Vinte aminoácidos comuns são encontrados nas proteínas humanas (codificados pelo DNA).

Número de aminoácidos comuns (padrão):

• Características estruturais dos aminoácidos

• Cada aminoácido apresenta um grupo carboxila e cada um, com exceção da prolina, possui um grupo amino (a prolina apresenta um grupo imino) ligado ao carbono a . Ambos os grupos encontram-se carregados em pH fisiológico (-Coo- e -NH3•).

• Tipos de cadeias laterais

• Os aminoácidos individuais apresentam cadeias laterais distintas (grupos R), que são classificadas como apoiares (alanina, glicina, isoleucina, leucina, metionina, fenilalanina, prolina, triptofano e valina), polares sem carga (asparagina, cisteína, glutamina, serina, treonina, tirosina), ácidas (aspartato e glutamato) ou básicas (arginina, histidina, lisina).

• Os aminoácidos são designados de acordo com a cadeia lateral • Capacidade tamponante

• Todos os aminoácidos livres e também os aminoácidos carregados, quando ligados às cadeias peptídicas, podem funcionar como tampões.

Localização dos aminoácidos apoiares nas proteínas

Localização dos aminoácidos polares nas proteínas

• Aminoácidos com grupos R apoiares (hidrofóbicos) são geralmente encontrados no interior das proteínas que desempenham sua função em ambientes aquosos e sobre a superfície de proteínas (como as proteínas de membrana) que interagem com lipídeos. Aminoácidos com cadeias laterais polares são geralmente encontrados na superfície de proteínas que atuam em ambiente aquoso e no interior de proteínas associadas a membranas.

Ligação covalente entre os aminoácidos em uma cadeia peptídica

• Os aminoácidos estão ligados uns aos outros por meio de ligações peptídicas. Todos os grupos a-amino e a-carboxila participam dessas ligações, exceto os grupos terminais das proteínas. Estes encontram-se carregados em pH fisiológico. Seqüências de aminoácidos em um peptídeo são lidas da extremidade amino para a extremidade carboxila.

• Outros tipos de ligações que se estabelecem entre os aminoácidos

• Aminoácidos apoiares participam de interações hidrofóbicas. Aminoácidos polares formam pontes de hidrogênio. Dois resíduos de cisteína formam uma ponte dissulfeto, produzindo cistina. Em pH fisiológico, cadeias laterais ácidas são carregadas negativamente e cadeias laterais básicas encontram-se geralmente carregadas positivamente. Todos esses resíduos podem formar ligações iônicas.

• Estereoisômeros dos aminoácidos

• D-e L- aminoácidos são estereoisômeros uns dos outros. Apenas os L-aminoácidos são encontrados em proteínas humanas. o-aminoácidos são encontrados em alguns antibióticos e em paredes celulares bacterianas.

• Utilidade da equação de Henderson-Hasselbalch

• A equação de Henderson-Hasselbalch pode ser utilizada para calcular a relação quantitativa entre as concentrações de um ácido fraco e de sua base conjugada.


470

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Estrutura primária:

ESTRUTURA PRIMÁRIA (pág. 13)

• Definição de estrutura primária

• A estrutura primária de uma proteína é definida como a seqüência linear de seus aminoácidos.

• Estrutura das ligações peptídicas

• Características das ligações peptídicas

• As ligações peptídicas apresentam caráter parcial de ligação dupla (ríg ida e plana). Estão geralmente na configuração trans. Essas ligações são polares e podem estabelecer pontes de hidragênio uma com a outra ou com outros compostos polares.

Estrutura secundária:

ESTRUTURA SECUNDÁRIA (pág.16)

• Definição

• A estrutura secundária de uma proteína é geralmente definida como os arranjos regulares dos aminoácidos localizados próximos uns aos outros na seqüência linear. Exemplos de tais elementos são a hélice a, a folha ~e as curvaturas ~-Al gumas estruturas secundárias não são regulares, sendo consideradas estruturas n ão-repetitivas (alça e espiral).

Exemplos de elementos estruturais secundários

Ligações que estabilizam a estrutura secundária

As ligações peptídicas unem os aminoácidos individuais, ligando o grupo a-amino de um aminoácido à a-carboxila de outro. A exposição prolongada a ácidos ou bases fortes em altas temperaturas é necessária para hidrolisar essas ligações sem o auxílio de enzimas.

• Os elementos da estrutura secundária são estab ilizados por intensa formação de pontes de hidragênio.

• Motivos

• Estruturas supersecundárias (motivos) são produzidas pela combinação das cadeias laterais de elementos das estruturas secundárias adjacentes, próximas umas às outras.

Estrutura terciária:

ESTRUTURA TERCIÁRIA (pág. 18)

• Definição de domínios

• Domfnios são as unidades fundamentais de função e estrutura tridimensional de um polipeptídeo. São formados pela combinação de motivos.

• Definição de estrutura terciária

• A estrutura terciária refere-se ao dobramento dos domínios e seu arranjo final no polipeptídeo. A estrutura terciária é estabilizada por pontes dissulfeto, interações hidrofóbicas, pontes de hidragênio e ligações iónicas.

• Ligações que estabilizam a estrutura terciária • Papel das chaperonas

• Um grupo especializado de proteínas, chamadas c haperonas, é Qecessário para o dobramento correto de muitos tipos de proteínas .

Estrutura quaternária:

ESTRUTURA QUATERNÁRIA (pág. 20)

• Definição de estrutura quaternária

Proteínas consistindo em mais de uma cadeia polipeptídica apresentam estrutura quaternária. Os polipeptídeos são mantidos unidos por ligações não-covalentes.

• Ligações envolvidas

Desnaturação e dobramento inadequado:

DESNATURAÇÃO E DOBRAMENTO INADEQUADO (pág. 21)

• Definição de desnaturação

• As proteínas podem ser desnaturadas, ou seja, desdobradas e desorganizadas, o que as torna não-funcionais. Agentes desnaturantes incluem calor, solventes orgânicos, agitação mecânica, ácidos ou bases fortes, detergentes e íons de metais pesados, tais como o chumbo ou o mercúrio.

• Causa do dobramento inadequado de uma proteína

• O dobramento inadequado de uma prote ína é mais comumente causado por uma mutação gênica, que produz uma proteína alterada. Um exemplo disso é a proteína amilóide, que espontaneamente forma agregados em muitas doenças degenerativas, como por exemplo na doença de Alzheimer.

• Papel da proteína amilóide em patologias • Papel da proteína do príon em patologias

• A proteína do príon (PrP) é uma proteína infecciosa, que converte PrP não-infecciosa na forma infecciosa, que precipita. A PrP é implicada como o agente causal das encefalopatias espongiform es transmissíveis, incluindo a doença de Creutzfeld-Jakob.


Bioquímica Ilustrada

471

Hemeproteínas globulares:

HEMEPAOTEÍNAS GLOBULARES (pág. 25)

• Definição e exemplos de hemeproteínas

• Hemeproteínas são um grupo de proteínas especializadas que contêm heme como um grupo prosté· tico fortemente ligado. Exemplos de hemeproteínas incluem os citocromos, a catalase, a hemoglobina e a mioglobina.

• Estrutura de um grupo heme

• Estrutura, localização e função da mioglobina (Mb)

• A mioglobina (Mb) consiste em um grupo heme ligado a um único polipeptídeo. Está presente no coração e no músculo esquelético. A Mb funciona tanto como uma reserva de oxigénio quanto como um transportador de oxigênio dentro da célula muscular.

• Estrutura, localização e função da hemoglobina (Hb}

• A hemoglobina (Hb) consiste de quatro polipeptídeos, cada um dos quais liga-se a um grupo heme. A Hb é encontrada exclusivamente dentro dos eritrócitos, nos quais ela transporta o oxigénio dos pulmões para os capilares dos tecidos.

• A hemoglobina pode existir em duas formas. A forma desoxi da hemoglobina é denominada forma tensa (T), e a forma oxigenada é denominada forma relaxada (R). A forma R é a forma da hemoglobina com alta afinidade pelo oxigênio.

Formas tensa versus relaxada da Hb

• Número de 0 2 que a Mb e a Hb podem ligar • Formas das curvas de dissociação do oxigênio para a Hb e a Mb

O heme é um complexo de protoporfirina IX e íon ferroso (Fe2•). O ferro é mantido no centro da 2 molécula do heme por ligações aos quatro nitrogénios do anel porfirina. O Fe • pode então formar duas ligações adicionais, incluindo uma com o oxigênio molecular.

• A Mb liga-se a apenas uma molécula de oxigênio (0 2 ), pois contém apenas um grupo heme. A Hb pode ligar quatro moléculas de oxigénio. A curva de dissociação do oxigênio (um gráfico do grau de saturação, Y, medido em diferentes pressões parciais de oxigênio, p02 ) é hiperbólica para a Mb e sigmoidal para a Hb. Isso indica que as quatro subunidades da Hb ligam o oxigênio cooperativamente. A capacidade da Hb de ligar reversivelmente o oxigénio é afetada pela p02 , pelo pH do m eio, pela pC02 e pela disponibilidade de 2,3-bisfosfoglicerato (2 ,3-BPG). Por exemplo, a liberação do 0 2 da Hb aumenta quando o pH diminui ou quando a pC02 é aumentada (efeito Bohr), como observado no músculo em exercício. Nessas condições, a curva d e dissociação do oxigénio é deslocada para a direita. Para adequar-se aos efeitos a longo prazo da hipóxia crõnica ou da anemia crônica, a concentração de 2,3-BPG nos eritrócitos aumenta. O 2,3-BPG liga-se à Hb e diminui sua afinidade pelo oxigénio, portanto também desloca a cu rva de dissociação do oxigênio para a direita.

• Compostos que afetam a capacidade da Hb de ligar reversivelmente o oxigénio

• Mecanismo da toxicidade do monóxido de carbono ("envenenamento por CO")

• O monóxido de carbono (CO) liga-se fortemente ao ferro da Hb. Ele estabiliza a forma R da Hb e, portanto, previne a liberação do 0 2 para os tecidos. A toxicidade do CO é, em grande parte, um resultado da hipóxia tecidual. O envenenamento por CO é tratado com terapia com 100% de oxigênio, que facilita a dissociação do CO a partir da Hb, permitindo que mais 0 2 seja ligado à Hb.

• Subunidades peptídicas encontradas na HbA, Hbf e HbA2

• A Hb mais abundante em adultos é a HbA, consistindo em duas cadeias a e duas cadei as~ Hb fetal (HbF) é a,y2 , e a HbA 2 , uma Hb com menor prevalência em adultos, a,õ2 .

• Significado da HbA1c

• Em condições fisiológicas, a HbA é glicosilada, vagarosamente e de forma não-enzimática, tornando-se a HbA,c, cuja quantidade depende da concentração de glicose no plasma. Quantidades aumentadas de HbA 1c são observadas nos eritrócitos de pacientes com diabetes melito, pois sua HbA está em contato com concentrações mais altas de glicose no sangue durante os 120 dias de vida dos eritrócitos.

• Hemoglobinopatias:

HEMOGLOBINOPATIAS (pág. 35)

• As hemoglobinopatias são doenças causadas pela produção de uma molécula de Hb estruturalm ente anormal (como na anem ia falciforme) , pela síntese de quantidades insuficientes de subunidades de Hb normal (como nas talassemias) ou, raramente, por ambas.

Definição de hemoglobinopatias

(a2 ~2}.

A


472

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

A anemia falciforme (anemia HbS) é causada por uma mutação pontual em ambos os genes que codificam a cadeia ~ . resultando na inserção de uma valina , em vez do glutamato, na posição seis. A mutação leva a uma polimerização (e conseqüente redução na solubilidade) da forma desoxi da Hb, o que causa distorção da membrana dos eritrócitos. Esses eritrócitos deformados e rígidos ocluem capilares, levando a uma diminuição da meia-vida dos eritrócitos (com conseqüente anemia), anóxia tecidual e " crises" dolorosas. Assim , qualquer fator que favoreça a forma desoxigenada da Hb (por exemplo, baixas p02 , aumento na pC02 , redução no pH ou aumento na concentração de 2,3-BPG) pode desencadear uma crise.

As talassemias são doenças hemolíticas hereditárias, nas quais ocorre um desequilíbrio entre a síntese das cadeias a e 13 das globinas. Cada talassemia pode ser classificada como uma doença em 0 0 que não são produzidas cadeias (talassem ias a. ou ~ ) ou em que algumas cadeias são sintetizadas, (Nota: Nas P-talassemias, a síntese das cadeias porém em uma taxa reduzida (talassemias a' ou p está diminuída ou ausente, enquanto nas a-talassem ias a síntese das cadeias a está reduzida ou ausente.)

A causa da anemia faleiforme

• Sintomas da anemia faleiforme • Condições que favorecem a desoxi-Hb {e, portanto, causam crises) •

As causas da a- e da ~­ talassem ias

rn.

Colágeno:

COLÁGENO (pág. 43)

Estrutura do colágeno

Tipos de colágeno e suas funções

• Os colágenos tipos I, 11 e III são fibrilares e são encontrados em tendões, pele, ossos, córnea, cartilagem, corpo vítreo e vasos sangüíneos. Os tipos IX e XII ligam-se à superfície das fibrilas de colágene, ligando essas fibrilas umas às outras, e são encontrados em cartilagens, tendões e ligamentos. Os tipos IV e VIl formam redes na membrana basal e sobre o epitélio escamoso estratificado.

Uma molécula típica de colágeno apresenta uma estrutura extracelular longa e rígida, na qual três polipeptideos (denominados "cadeias a ", cada um com um comprimento de 1.000 aminoácidos) enrolam-se um sobre o outro em uma tripla hélice semelhante a uma corda. As cadeias são mantidas unidas por pontes de hidrogênio. Variações nas seqüências de aminoácidos das cadeias a resultam em moléculas de colágeno com propriedades ligeiramente diferentes.

• Seqüência de aminoácidos no colágeno

• O colágeno é rico em g licina e prol ina. Os resíduos de glicina são parte de uma seqüência repetitiva, -Giy-X- Y- , onde X é freqüentemente prolina e V é freqüentemente hidroxiprolina ou hidroxilisina. ·

• Modificações pós-traducionais do colágeno

• Hidroxiprolina e hidroxilisina resultam da hidroxilação, por hidroxilases específicas, de resíduos de prolina e lisina após sua incorporação nas cadeias a. As enzi mas necessitam de ácido ascórbico como co-fator. (Nota: Um a deficiênci a em ácido ascórbico resulta em escorbuto.) Os grupos hidroxila dos resíduos de hidroxilisina do colágeno poJem ser enzimaticamente glicosilados (mais comumente sendo adicionados seqüencialmente à tripla hélice g licose e galactose).

• Doença causada por deficiência de ácido ascó rbico • Passos na síntese do colágene do tipo I

Causa e sintomas da síndrome de Ehlers-Danlos

• Causa e sintomas da osteogênese imperfeita

• Os precursores das cadeias a. do colágenosão formados em fibroblastos, osteoblastos e condroblastos e transportados, via retículo endoplasmático e Golgi, para a matriz extracelular. Ali, os pró -peptídeos N-terminais e C-terminais são removidos por pró-colágeno-peptidases. Em alguns colágenos (por exemplo, no tipo 1), as moléculas de colágeno reúnem-se em fibrilas, nas q uais as triplas hélices adjacentes são arranjadas em um padrão escalonado, cada uma superposta a sua vizinha por um comprimento de aproximadamente três quartos de molécula. As triplas hélices apresentam ligações cruzadas, dando ao arranjo fibrilar grande força tensional. •

Doenças do colágeno: a síndrome de Ehlers-Danlos compreende um grupo heterogêneo de doenças de tecidos generalizados, que resulta de defeitos herdados no metabolismo das moléculas fibrilares de colágeno. Os sintomas podem incluir pele elástica, articulações frouxas e problemas vasculares. A osteogênese imperfeita, também conhecida como síndrome dos ossos frágeis, é também um grupo heterogêneo de doenças herdadas envolvendo mutações nos próprios genes do colágeno, que se distingue por ossos que facilmente vergam e podem sofrer fraturas. A cicatrização demorada e uma coluna retorcida, levando à aparência de uma corcunda, são características comuns da doença.


Bioquímica Ilustrada

473

Elastina:

ELASTINA (pág. 49)

• A elastina é uma proteína do tecido conectivo, com propriedades semelhantes às da borracha. Fibras elásticas compostas por microfib rilas de elastina e de glicoproteinas, tais como a fribrilina, são encontradas nos pulmões, nas paredes das grandes artérias e nos ligamentos elásticos . (Nota: Mutações no gene da fib rilina são responsáveis pela síndrome de Marfan.)

Função e localização da elastina

• Causa da síndrome de Marfan • Estrutura da tropoelastina

• A elastina é sintetizada a partir de um precursor, a tropoelastina, que é rica em prolina e lisina, mas contém pouca quantidade de hidroxiprolina e não contém hidroxilisina. A tropoelastina é convertida em elastina na matriz extracelular.

Função da a,-antitripsina

Efeito da deficiência de a 1-antitripsina e seu tratamento

• A a, -antitripsina (a1-AT), encontrada no sangue e em outros fluidos do organismo, inibe diversas enzimas proteolíticas, incluindo a elastase. A maior parte da a,-AT é produzida pelo fígado. No pulmão normal, neutrófilos ativados e em degeneração liberam elastase, que é inativada pela a ,-AT. Se esse inibidor estiver ausente, o tecido pulmonar é destruido e não pode ser regenerado, levando ao enfisema. Uma deficiência de a.1-AT pode ser revertida por administração intravenosa semanal de a ,-AT.

Propriedades das enzimas:

PROPRIEDADES DAS ENZIMAS (pág. 53)

Definição de uma enzima

Definição de sítio ativo

Enzimas são proteínas catalisadoras, que aumentam a velocidade de uma reação química e não são consumidas durante a reação que catalisam . Cada enzima possui um sítio ativo, onde o substrato se liga e é convertido no produto.

• Definição de co-fator, coenzima e grupo prostético

• Algumas enzimas necessitam de um co-fator para a sua atividade. Esses podem ser íons metálicos ou moléculas orgânicas, denominadas coenzimas , que são freqüentemente derivadas das vitaminas. Coenzimas fortemente ligadas são chamadas grupos prostéticos.

Como funcionam as enzimas:

COMO FUNCIONAM AS ENZIMAS (pág. 55)

• Como as enzimas aumentam a velocidade de uma reação

• As enzimas fornecem uma via alternativa para a reação, com menor energia livre de ativação. Elas não alteram a energia livre dos reatantes e dos produtos e, portanto, não mudam o equilíbrio da reação.

• A concentração do substrato, a temperatura e o pH estão entre os fatores que podem afetar a velocidade das reações enzimáticas.

Fatores que afetam a velocidade da reação

• Formas das curvas cinéticas para enzimas simples e alostéricas

Inibição da atividade enzimática:

INIBIÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA (pág. 60)

Definição de inibidores reversíveis e irreversíveis

• Qualquer substância que pode diminuir a velocidade de uma reação enzimática é denominada inibidor. Inibidores reversíveis ligam-se às enzimas por ligações não-covalentes e podem ser diluídos e removidos da enzima. Os inibidores irreversíveis não se dissociam das enzimas.

Propriedades de um inibidor competitivo

• Inibidores competitivos são reversíveis. Sua inibição pode ser revertida pela adição de mais substrato. Eles aluam aumentando o Km aparente da enzima por um determinado substrato, mas não afetam a Vmax da enzima.

Enzimas que seguem a cinética de Michaelis-Menten apresentam curvas hiperbólicas quando a velocidade inicial da reação (v) é apresentada em função da concentração de substrato. Em contraste, as enzimas alostéricas geralmente apresentam curvas sigmóides.

• Propriedades de um inibidor não-competitivo

• Inibidores enzimáticos podem ser utilizados como drogas, inibindo reações intra ou extracelulares. Por exemplo, antibióticos !l-lactâmicos, como a penicili na e a amoxicilina, aluam inibindo uma ou mais enzimas da ~íntese da parede celular bacteriana.

Exemplos de inibidores enzimáticos que podem ser utilizados como drogas

Inibidores não-competitivos são reversíveis. Sua inibição não pode ser revertida pela adição de mais substrato. Aluam diminuindo a Vmax da enzima por um dado substrato, mas não afetam o K m da enzima.


474

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Regulação da atividade enzimática:

REGULAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA (pág. 62)

• Como as velocidades das reações enzimáticas podem ser reguladas

As atividades da maioria das enzimas respondem a mudanças na concen tração de substrato, pois o nível intracelular de muitos substratos está ao redor do Km. Alé m disso, algumas enzimas com funções reguladoras especializadas respo ndem a efetores a lostéricos, a modificações cova lentes (por exemplo, por fosforilação/desfosforilação) ou apresentam alterações nas velocidades de síntese das enzimas quando as condições fisiológicas mudam.

• Definição e função de enzimas alostéricas

Enzimas alostéricas são p roteínas com subunidades mú lti plas , regu ladas por moléculas denominadas efetores. Os efetores ligam-se de forma não-covalente a um s ítio diferente do sítio ativo e podem alterar a afinid ade da enzima por seu substrato, modificar a atividade cata lítica máxima da enzima o u ambos. Enzimas a lostéricas freqüe ntemente catalisam o passo compromet ido no início de uma via.

Enzimas no diagnóstico clínico:

ENZIMAS NO DIAGNÓSTICO CLÍNICO (pág. 64)

• E nzimas podem ser encontradas no plasm a normalmente , seja porque são secretadas es pecificamente para executar uma função no sangue, seja porque foram liberadas por c élulas mortas o u d anificadas. Muitas doenças podem causar lesão tecidual que resulta em uma liberação aumentada de enzimas intracelulares no plasma. As atividades d e mu itas de ssas enzimas (por exem plo, creatina-cinase, lactato-desidrogenase e alanina-aminotra nsferase) são d eterminadas rotineiramente para p ropósitos de diagnóstico em doenças do coração, fígado, músculo esquelético e outros tecidos.

Razões para a presença de enzimas no plasma

• Definição de isoenzimas

• Como as isoenzimas são utilizadas no diagnóstico de lesão tecidual

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Definição de entalpia e entropia

Definição de energia livre

• Significado de ôG positivo e negativo •

C~pÍtulo 6: Bioenergética e Fosforilação Oxidativa '

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Energia livre:

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ENERGIA LIVRE (pág. 69) • Entalpi a (uma medida da variação no c_onteúdo de calo r dos reatantes e produtos) e entropia (uma medida da mudança na desorganização o u desordem dos reatantes e produtos) determinam o sentido e o grau com que uma reação química irá ocorrer. Quando combinadas matematicamente, elas podem ser utilizadas para definir uma terceira quantidade, a e nerg ia l ivre, que prediz o sentido no qual uma reação ocorrerá espontaneamente. •

Se a variação na e nergia liv re (ô G) for negativa (isto é, o produto apresenta uma meno r energia livre que o substrato), a reação a nda esponta nea me nte. Se o 6 G é p ositivo, a reação n ão ocorre espontaneamente. Se ó G =o, os reatantes estão em equilíbrio. A mudança na energia livre da reação no sentido d ireto (A ___, B) é igual em magnitude, mas de sinal oposto àquela da reação no sentido inverso (B --> A).

As variações de energia livre padrão (ô G ) são aditivas em qualquer seqüência de reações consecutivas. Assim, reações ou processos que apresentam um ô G positivo e de grande magnitude podem ocorrer pelo seu acoplam ento com a hidrólise de trifo sfat o de ade nosina, que possui um ôG0 negativo e de grande magnitude.

Valo r do ô G no eq uilíbrio

• Resultado do acoplamento entre reações com ô G0 bastante positivo e a hidrólise de trifosfato de adenosina

lsoenzimas (também chamadas isozimas) são enzimas que catalisam a mesma reação. No entanto, elas não possuem necessariamente as mesmas p ropriedades físicas, pois apresentam d iferenças geneticamente determinadas em suas seqüências de aminoácidos. Por essa razão, as isoenzimas podem conter dife rente número de aminoácidos carregados e podem ser separadas uma da outra por eletroforese. Diferentes órgãos freqüen temente contêm proporções características de diferentes isoenzimas. O padrão das isoenzimas encontrado no plasma pode, portanto, servir como um m eio de identificar o s ítio de lesão tecidual.

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Bioquímica Ilustrada

475

Cadeia transportadora de elétrons:

CADEIA TRANSPORTADORA DE ELÉTRONS (pág. 73)

• Tipos de componentes encontrados na cadeia transportadora de elétrons

• As coenzimas reduzidas NADH e FADH2 doam , cada uma, um par de elétrons para um conjunto especializado de transportadores de elétrons, que consiste de FMN, coenzima a e uma série de citocromos, coletivamente denominado cadeia transportadora de elétrons. Essa via está presente na membrana mitocondrial interna e é a via final comum pela qual elétrons derivados de diferentes combustíveis no organismo fluem até o oxigênio. O último citocromo, o citocromo a + a3 , é o único citocromo capaz de ligar oxigênio.

Localização da cadeia

Citocromo que pode ligar oxigênio

Fosforilação oxidativa:

FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA (pág. 77}

• Mecanismo pelo qual o transporte de elétrons cria um gradiente elétrico e de pH através da membrana mitocondrial interna

• O transporte de elétrons está acoplado ao transporte de prótons (H') através da membrana mitocondrial interna, desde a matriz até o espaço intermembranas. Esse processo cria um gradiente elétrico e um gradiente de pH entre os dois lados da membrana mitocondrial interna. Após os prótons terem sido transferidos para o lado citosólico dessa membrana, eles podem retornar à matriz mitocondrial passando por um canal no complexo ATP-sintase, resultando na síntese de ATP a partir de ADP + Pi e, ao mesmo tempo, dissipando os gradientes elétrico e de pH . Desse modo, o transporte de elétrons e a fosforilação são ditos estarem fortemente acoplados.

• Mecanismo pelo qual esses gradientes são dissipados • Resultado do desacoplamento do transporte de elétrons e da fosforilação oxidativa

• Esses processos podem ser desacoplados por proteínas desacopladoras, encontradas na membrana mitocondrial interna, e por compostos sintéticos, como o 2,4-dinitrofenol e a Aspirina®, os quais aumentam a permeabilidade da membrana mitocondrial interna a prótons. A energia produzida pelo transporte de elétrons é liberada como calor, em vez de ser utilizada na síntese de ATP.

• Exemplos de desacopladores •

Causa da neuropatia óptica hereditária de Leber

• Mutações no DNAmt são responsáveis por alguns casos de doenças mitocondriais, tais como a neuropatia óptica hereditária de Leber.

Estrutura e classificação dos carboidratos:

ESTRUTURA E CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS (pág. 83)

• Definição de aldose e cetose

• Monossacarídeos (açúcares simples) contendo um grupo aldeído são chamados aldoses, enquanto aqueles com um grupo cetona são chamados cetoses. Dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos consistem em monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas.

• Tipos de ligações que unem os carboidratos • Definição de isômero, epímero e enantiômero

• Compostos com a mesma fórmula química são chamados isômeros. Se dois monossacarídeos isômeros entre si diferem apenas na configuração ao redor de um determ inado átomo de carbono (com exceção do carbono da carbonila), eles são denominados epímeros um do outro. Se um par de açúcares são imagens especulares um do outro (enantiõmeros), os dois membros do par são designados como açúcares o e L.

• Definição de carbono anãmero

• Quando um açúcar cicliza, um carbono anômero é criado a partir do grupo aldeído de uma aidose ou do grupo cetona de uma cetose. Esse carbono pode apresentar uma de duas configurações: u ou j3. Se o oxigênio ligado ao carbono anômero não estiver ligado a qualquer outra estrutura, o açúcar é redutor. Um açúcar com seu carbono anômero ligado a outra estrutura é denominado um resíduo glicosila. Açúcares podem ligar-se a grupos -NH 2 ou -OH, produzindo N- e 0-glicosídeos.

• Definição de açúcar redutor • Definição de N- e 0 -glicosídeos

Digestão de carboidratos:

DIGESTÃO DE CARBOIDRATOS (pág. 85)

• Os principais sítios de digestão dos carboidratos da dieta são a boca e o lúmen intestinal. A a-amilase salivar alua sobre o amido da dieta (incluindo glicogênio, amilose e amilopectina), produzindo oligossacarídeos. A a-amilase pancreática continua o processo de digestão do amido.

Enzimas que degradam o amido


476

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Origem e tipos de dissacaridases

• Os processos digestivos finais ocorrem na mucosa que reveste o intestino delgado. Diversas dissacaridases (por exemplo, lactase [J3-galactosidase], sacarase, maltase e isomaltase) produzem monossacarídeos (glicose, galactose e frutose). Essas enzimas são secretadas pelas células da mucosa intestinal e permanecem associadas ao lado luminal da membrana em forma de escova dessas células. A absorção de monossacarídeos requer transportadores específicos.

• Efeito de uma deficiência na degradação de carboidratos

• Se a degradação dos carboidratos é deficiente como resultado de uma condição hereditária, doença intestinal, desnutrição ou uso de drogas que afetam a mucosa do intestino delgado, os carboidratos não-digeridos passarão para o intestino grosso, onde causarão diarréia osmótica. A fermentação bacteriana desses compostos produz grandes volumes dos gases C02 e H2 , levando a cólicas abdominais, diarréia e flatulência. A intolerância à lactose é causada pela deficiência de lactase e é a mais comum dessas deficiências.

• Deficiências mais comuns nesses processos

Introdução ao metabolismo:

INTRODUÇÃO AO METABOLISMO (pág. 89)

• Definição de vias catabólicas e anabólicas

• A maior parte das vias pode ser classificada como catabólica (degrada moléculas complexas em uns poucos produtos simples, como C02 , NH 3 e ág ua) ou anabólica (sintetiza produtos finais complexos a partir de precursores simples). As reações catabólicas também capturam energia química na forma de ATP, a partir da degradação de moléculas ricas em ene rgia. As reações anabólicas necessitam de energia, que é geralmente fornecida pela hidrólise do ATP.

Regulação do metabolismo:

REGULAÇÃO DO METABOLISMO (pág. 92)

• Exemplos de sinais reguladores intracelulares que controlam as velocidades de vias metabólicas

• A velocidade em que uma via metabólica pode responder a sinais reguladores que surgem de dentro da célula, tais como a disponibilidade de substratos, a inibição pelo produto ou alterações nos níveis de ativadores ou inibidores alostéricos. Esses sinais intracelulares determinam respostas rápidas.

• Exemplos de sinais químicos que auxiliam na comunicação entre as células

• A sinalização entre as células possibilita a integração do metabolismo. A via mais importante para essa comunicação é a sinalização química entre as células, por exemplo, por hormônios ou neurotransmissores.

Funções das moléculas que aluam como segundos mensageiros

• Moléculas que aluam como segundos mensageiros retransmitem a mensagem de um sinal químico (hormônio ou neurotransmissor) para sistemas adequados de resposta dentro da célu la.

• Resumo do sistema de segundo mensageiro do AMPc

• A adenilato-ciclase é uma enzima ligada à- membrana que sintetiza AMP c íclico (AMPc) em resposta a sinais químicos, tais como os hormônios glucagon e adrenalina. Após a ligação de um hormônio a seu receptor na superfíc ie celular, uma proteína reguladora dependente de GTP (proteína G) é ativada e, por sua vez, ativa a adenilato-ciclase. O AMPc sintetizado ativa uma proteína-cinase, que fosforila uma cadeia de enzimas, causando sua ativação ou desativação. A fosforilação é revertida por proteína-fosfatases. O AMPc é inativado por conversão em AMP, catalisada pela AMPc-fosfodiesterase.

Glicólise:

GLICÓLISE (pág. 95)

• Definição de glicólise aeróbica e anaeróbica

• A glicólise aeróbica, na qual o piruvato é o produto final, ocorre nas células com mitocô ndrias e com um fornecimento adequado de oxigênio. A glicólise anaeróbica, na qual o ácido láctico é o produto final, ocorre nas células que não apresentam mitocôndrias ou em células privadas de quantidade s uficiente de oxigênio.

• Mecanismo pelo qual a glicose é transportada para dentro da célula e exemplos específicos para determinados tecidos

• A glicose é transportada através das membranas por uma entre pelo menos 14 isoformas de transportadores de glicose (GLUT). O GLUT-1 é abundante nos eritrócitos e no encéfalo, o GLUT-4 (que é dependente de insulina) é encontrado no músculo e no tecido adiposo e o GLUT-2 é encontrado no fígado.


Bioquímica Ilustrada

477

• Energia usada/gerada nas duas fases da glicólise

A conversão de glicose em piruvato ocorre em dois estágios: uma fase de investimento de energia, na qual intermediários fosforilados são sintetizados à custa de ATP, e uma fase geradora de energia, na qual o ATP é produzido.

• Enzimas reguladas na fase de investimento de energia da glicólise e compostos que aumentam ou diminuem suas atividades

• Na fase de invest imento de energia, a glicose é fosforilada pela hexocinase (encontrada na maioria dos tecidos) ou pela glicocinase (uma hexocinase encontrada nas células hepáticas e nas células ~ do pâncreas). A hexocinase apresenta uma alta afinidade (baixo Km) e uma pequena V ma. para a glicose. É inibida por glicose-6-fosfato. A glicocinase apresenta um alto Km e uma alta Vmax para a glicose. É inibida indiretamente pela frutose-6-fosfato e ativada pela glicose. A transcrição do gene da glicocinase é estimulada pela in sulina. A glicose-6-fosfato é isomerizada em frutose-6-fosfato, que é fos forilada a frutose-1 ,6-bisfosfato pela fosfofrutocinase. Essa enzima é alostericamente inibida p or ATP e c itrato e é ativada por AMP. A frutose-2,6-bisfosfato , cuja síntese é ativada p ela insulina, é o ativador alostérico mais potente dessa enzima. Um total de dois ATPs são utilizados durante essa fase da glicólise.

• Enzimas reguladas na fase de geração de energia da glicólise e compostos que as regulam

• A frutose-1,6-bisfosfato é clivada para formar duas trioses, que são posteriormente metabolizadas pela via glicolítica, formando piruvato. Durante essas interconversões, quatro ATPs e dois NADHs são produzidos a partir de ADP e de NAD' . O passo final na síntese do piruvato a partir do fosfoenolpiruvato é catalisado pela piruvato-cinase. Essa enzima é ativada alostericamente pela f rutose1,6-bisfosfato, e controlada hormonal mente, sendo ativada pela insulina e inibida pelo glucagon, via rota do AMPc.

• Efeito da deficiência de piruvato-cinase

• A deficiênc ia de piruvato-cinase perfaz 95% de todos os defeitos herdados em enzimas glicolíticas. É restrita aos eritrócitos e causa anemia hemolítica crônica de moderada a grave. Alterações cinét.Lcas (por exemplo, aumento no Km, diminuição na V"""' etc.) são em geral responsáveis pela deficiência enzimática.

• Tecidos que realizam glicólise anaeróbica

• Na glicólise anaeróbica, o NADH é reoxidado a NAD' pela c onversão de piruvato em ácido láctic o. Isso ocorre em células que apresentam poucas ou nenhuma mitocôndria, tais como os eritrócitos, e em tecidos onde a produção de NADH excede a capacidade oxidativa da cadeia respiratória, · tais como o músculo em exercíc io.

• Causas da acidose láctica

Destinos alternativos do piruvato

DESTINOS ALTERNATIVOS DO PIRUVATO (pág. 103)

• Outros compostos, além do lacta to, nos quais o piruvato pode ser convertido

• O piruvato pode ser descarboxilado oxidat ivamente pela piru vato-desidrogenase, produzindo acetii-CoA - principal combustível para o ciclo do ácido cítrico e bloco constitutivo para a síntese de ácidos graxos. O piruvato pode ser carboxilado a oxalacetato (um intermediário do ciclo do ácido cítrico) pela piruvato-carboxilase. Em microrganismos, o piruvato pode ser reduzido a etanol pela piruvato-descarboxilase.

Reações do ciclo do ácido cítrico:

REAÇÕES DO CICLO DO ÁC IDO CÍTRICO (pág. 107)

• A enzima que catalisa a descarboxilação oxidativa do piruvato, suas coenzimas, ativadores e inibidores

• O piruvato é descarboxilado o xidativamente pelo complexo da piruvato-desidrogenase, produzindo acetii-CoA, principal combustível para o ciclo do ácido cítrico. Esse conjunto de reações irreversíveis requer cinco coenzimas: tiam in a-pirofosfato, ácido lipóico, coenzima A (que contém a vitamina ácido pantotênico), FAD e NAD'. A reação é ativada por NAo•, coenzima A e piruv ato e inibida por ATP, acetii-CoA e NADH.

Concentrações elevadas de lactato no plasma (acidose láctica) podem ocorrer quando há um colapso do sistema circulatório ou quando um indivíduo está em choque.


478

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Den ise R. Ferrier

• Causas biológicas mais comuns de acidose láctica congênita • Mecanismo bioquímico do envenenamento por arsênico

• A deficiência da piruvato-desidrogenase é a mais comum causa bioquímica de acidose láctica congênita. Uma vez que essa deficiência priva o encéfalo de acetii-CoA, o SNC é especialmente afetado, com profundo retardo psicomotor e morte ocorrendo na maioria dos pacientes. Uma dieta cetogênica pode ser benéfica em alguns casos. A deficiência é dominante, ligada ao X. Envenenamento por arsên ico causa inativação da piruvato-desidrogenase por ligação desse composto ao ácido lipóico.

• As enzimas que sintetizam o citrato e o isocitrato, seus substratos, ativadores e inibidores

• O citrato é sintetizado a partir do oxalacetato (OAA) e da acetii-CoA pela citrato-sintase. Essa enzima é ativada alostericamente por ADP e inibida por ATP, NADH, succinii-CoA e derivados aciiCoA graxos. O citrato é isomerizado a isocitrato pela aconitase, uma enzima que é o alvo do raticida fluoroacetato.

• A enzima do ciclo do ácido cítrico que sintetiza o ucetoglutarato, seus produtos, inibidores e ativadores

• O isocitrato é oxidado e descarboxilado pela isocitrato-desidrogenase, produzindo a-cetoglutarato, C02 e NADH. A enzima é inibida por ATP e NADH e é ativada por ADP e Ca...

• A enzima que sintetiza succinii-CoA e seus produtos adicionais, ativadores e inibidores

• O a -cetoglutarato é descarboxilado oxidativamente pelo complexo da a -cetoglutarato-desidrogenase, produzindo s uccinii-CoA, C02 e NADH. A enzima é muito semelhante à piruvato-desidrogenase e utiliza as mesmas coenzimas. O complexo da a-cetoglutarato-desidrogenase é ativado por cálcio e é inibido por ATP, GTP, NADH e s uccinii-CoA. Não é regulado por fosforilação/desfosforilação.

• As enzimas que sintetizam succinato, fumarato, maiato e oxalacetato

• A succinii-CoA é clivada pela succinato-tiocinase (também denominada succinii-CoA-sintetase), produzindo succinato e ATP (ou GTP). Esse é um exemplo de fosforilação no nível do substrato. O succinato é oxidado a fumarato pela suc cinato-desidrogenase, produzindo FADH2 • A enzima é inibida por oxalacetato. O fumarato é hidratado a maiato pela fumarase (fumarato-hidratase), e o maiato é oxidado a oxalacetato pela malato-desidrogenase, produzindo NADH.

• As reações, dentre essas, que produzem ATP, FADH2 ou NADH • Número total de ATP produzido por acetii-CoA que entra no ciclo do ácido cítrico

• Três NADH, um FADH 2 e um ATP (ou GTP) são produzidos em uma volta do ciclo do ácido cítrico. A oxidação desses NADH e FADH2 pela cadeia transportadora de elétrons produz aproximadamente 11 ATPs, levando a 12 o número total de ATPs produzidos.

Reações exclusivas da glíconeogênese:

REAÇÕES EXCLUSIVAS DA GUCONEOGÊNESE (pág. 11 5)

• Exemplos de precursores gliconeogênicos

• Enzimas glicolíticas que são fisiologicamente irreversíveis

• Sete das reações da glicólise são reversíveis e são utilizadas também para a gliconeogênese no fígado e nos rins. Três reações são fisiologicamente irrevers íveis e devem ser contornadas. Estas reações são catalisadas pelas enzimas glicolíticas piruvato-cinase, fosfofrutocinase e hexocinase.

Enzimas necessárias para contornar a reação da piruvato-cinase

• O piruvato é convertido em fosfoenolpiruvato (PEP) pela piruvato-carboxilase e pela PEP-carboxic inase. A carboxilase requer biotina e ATP e é ativada alostericamente por acetii-CoA. A PEPcarboxicinase, que requer GTP, é o passo limitante da velocidade na gliconeogênese. A transcrição de seu RNAm é aumentada por glucagon e diminuída pela insulina.

Enzima necessária para contornar a reação da fosfofrutocinase, seus ativadores/inibidores

• A frutose-1 ,6-bisfosfato é convertida em frutose-6-fosfato pela frutose-1,6-bisfosfatase. Essa enzima é inibida por níveis elevados de AMP e ativada por níveis elevados de ATP. A enzima é também inibida por frutose-2,6-bisfosfato, o principal ativador alostérico da glicólise.

Precursores gliconeogênicos incluem todos os intermediários da glicólise e do ciclo do ácido cítrico, o glicerol liberado durante a hidrólise dos triacilgliceróis no tecido adiposo, o lactato liberado pelos eritrócitos que não possuem mitocôndria e pelo músculo esquelético durante o exercício e os a -cetoác idos oriundos do metabolismo dos aminoácidos glicogênicos.


Bioqu ímica Ilustrada

479

• Resultado de uma deficiência na enzima necessária para contornar a reação da hexocinase

• A glicose-6-fosfato é convertida em glicose pela glicose-6-fosfatase. Essa enzima é necessária para o último passo na degradação do glicogênio, assim como para a gliconeogênese. Uma deficiência dessa enzima resulta na doença do armazenamento do glicogênio do tipo '-

Estrutura e função do glicogênio:

ESTRUTURA E FUNÇÃO DO GLICOGÊNIO (pág. 123)

• Principais localizações e funções do glicogênio

• Os principais sítios de armazenamento do glicogênio no organismo são o músculo esquelético, onde serve como combustível de reserva para a síntese de ATP durante a contração muscular, e o fígado, onde o glicogênio é utilizado para manter a glicemia, especialmente durante os estágios iniciais de um jejum.

• O glicogênio é um polímero de o.-o-glicose altamente ramificado. A principal ligação glicosídica é uma ligação o.(1 ~4). A cada 8 a 1O resíduos glicosila, há uma ramificação contendo uma ligação

Estrutura do glicogênio

• Tipos de ligações

o.(1 ~ 6).

Síntese do glicogênio:

SÍNTESE DO GLICOGÊNIO (GLJCOGÊNESE) (pág. 124)

• Forma da glicose usada para sintetizar o glicogênio

• Enzima que adiciona glicose às extremidades das cadeias de glicogênio

UDP-glicose, doadora de resíduos de glicose para a síntese do glicogênio, é sintetizada a partir de glicose-1-fosfato e UTP pela UDP-glicose-pirofosforilase. A glicose da UDP-glicose é transfe:'ida para extremidades não-redutoras das cadeias de gl icogênio pela glicogênio-sintase, que estabelece ligações o.(1 ~4).

• Mecanismo pelo qual as ramificações são formadas

• As ramificações são formadas pela gl i cosi l-o.(1 ~4)~ o.(1 ~ 6) -transferase, que transfere uma cadeia de 5 a 8 resíduos de glicosil da extremidade não-redutora da cadeia de glicogênio (quebrando uma l igação o.[1 ~4]) e os liga a outro resíduo no interior da cadeia por meio de uma ligação o.(1 ~6).

Degradação do glicogênio:

DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO (GLICOGENÓLISE) (pág. 126)

• Enzima que cliva ligações

• A glicogênio-fosforilase cliva ligações o.(1~4) entre resíduos glicosila nas extremidades nãoredutoras das cadeias de glicogênio, produzindo glicose-1-fosfato. Ela necessita de piridoxalfosfato como coenzima. Essa degradação seqüencial continua até que quatro unidades glicosila permaneçam em cada cadeia antes de um ponto de ramificação. A estrutura resultante é denominada dextrina-limite.

<x(1 ~4)

• Produtos dessa enzima

• Enzimas e mecanismos necessários para remover uma ramificação • Produtos dessas enzimas

Produtos finais da degradação do glicogênio no músculo e no fígado e suas funções

• Causa e resultado da doença de armazenamento do glicogênio do tipo I (doença de Von Gierke)

• A oligo-o.(1 ~4)~a(1 ~4)-glucan-transferase, cujo nome comum é glicosil-o.(1 ~ 4)-o.(1 ~4)-t rans­ ferase, remove os três resíduos mais externos dos quatro resíduos glicosila ligados em uma ramificação e os transfere para uma extremidade não-redutora de outra cadeia, onde possam ser convertidos em glicose-1-fosfato pela glicogênio-fosforilase. A seguir, o único resíduo de glicose remanescente, ligado por uma ligação o.(1 ~6), é removido hidroliticamente pela atividade amilo-o.(1 ~6)-gli­ cosidase, liberando glicose livre. • A glicose-1-fosfato é convertida em glicose-6-fosfato pela fosfoglicomutase. No músculo, a glicose-6-fosfato entra na via glicolítica. No fígado, o fosfato é removido pela glicose-6-fosfatase, liberando glicose livre, que pode ser utilizada para a manutenção da glicemia no início de um jejum. • Uma deficiência da glicose-6-fosfatase causa a doença de armazenamento do glicogênio do t ipo I (doença de Von Gierke). Essa doença resulta na incapacidade do fígado em fornecer glicose livre ao organismo durante o jejum. Afeta tanto a degradação do glicogênio quanto o último passo na gliconeogênese e causa hipoglicemia grave no jejum.


480

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Regulação da síntese/ degradação do glicogênio:

(pág. 129)

Ativadores e inibidores alostéricos da síntese e da degradação de glicogênio

Efeito do cálcio na degradação do glicogênio muscular e seu mecanismo

• O ca•• é liberado do retículo sarcoplasmático durante o exercício. Ele ativa a fosforilase-cinase no músculo, ligando-se à subunidade calmodulina da enzima. Isso permite à enzima ativar a glic ogênio-fosforilase, causando a degradação do glicogênio.

Efeitos da insulina e do glucagon sobre a síntese e a degradação do glicogênio

Metabolismo da frutose: •

REGULAÇÃO DA SÍNTESE E DA DEGRADAÇÃO DO GLICOGÊNIO

A glicogênio-sintase e a glicogên io-fosforilase são reguladas alostericamente. No estado alimentado, a glicogênio-sintase é ativada pela glicose-6-fosfato, enquanto a glicogênio-fosforilase é inibida pela glicose-6-fosfato, assim como pelo ATP. No fígado, a glicose também funciona como inibidor alostérico da glicogênio-fosforilase.

A síntese e a degradação do glicogênio são regu ladas pelos mesmos sinais hormonais, isto é, níveis elevados de insulina resultam em um aumento geral da síntese de glicogênio e em uma d iminuição de sua degradação, enquanto um aumento nos níveis de g l ucagon (ou de adrenalina) causa aumento na degradação do glicogênio e diminuição na síntese de glicogênio. Enzimas-chave são fosforiladas por uma família de proteína-cinases, algumas das quais são dependentes de AMPc (um composto aumentado pelo glucagon e pela adrenalina). Grupos fosfato são removidos pela proteína-fosfatase (ativada quando os níveis de insulina estão elevados).

METABOLISMO DA FRUTOSE (pág. 135)

Principal fonte de frutose

A principal fonte de frutose é a sacarose, a qual, quando clivada, libera q uantidades equimolares de frutose e glicose. A entrada de frutose nas células é dependente de insulina.

• Enzimas necessárias para a frutose entrar no metabolismo intermediário

A frutose é inicialmente fosforilada pela frut ocinase, resultando em frutose-1 -fosfato, e então é clivada pela aldolase B, produzindo diidroxiacetona-fosfato e gliceraldeído. Essas enzimas são encontradas no fígado, no rim e na mucosa do intestino delgado .

Causa e tratamento da intolerância hereditária à frutose

A deficiência de frutocinase causa uma condição benigna, mas a deficiência de aldolase B causa intolerância hereditária à frutose, na qual uma grave hipoglicemia juntamente com lesão hepática pode levar à morte se a quantidade de frutose (e, portanto, de sacarose) na dieta não for severamente limitada.

Via de entrada da manose no metabolismo intermediário

A manose, um importante componente das glicoproteínas, é fosforilada pela hexocinase, resultando em manose-6-fosfato, a qual é reversivelmente isom':.rizada a frutose-6-fosfato pela fosfomanose-isomerase.

Enzimas necessárias para converter glicose em frutose via sorbitol e suas localizações no organismo

A glicose pode ser reduzida a sorbitol (glucitol) pela aldose-redutase em muitos tecidos, incluindo cristalino, retina, células de Schwann, fígado , rins , ovários e vesículas seminais. Nas células do fígado, dos ovários, do esperma e nas vesículas seminais, uma segunda enzima, a sorbitoldesidrogenase, pode oxidar o sorbitol, produzindo frutose. Uma hiperglicemia resulta no acúmulo de sorbitol nessas células que não apresentam sorbitol·desidrogenase. Os eventos osmóticas resultantes podem causar edema da célula e contribuir para a formação de catarata , neuropatia periférica, nefropatia e retinopatia, como os observados no diabetes.

• Patologia resultante da elevação do sorbitol nos diabéticos

Metabolismo da galactose:

METABOLISMO DA GALACTOSE (pág. 138)

Principal fonte de galactose na dieta

A principal fonte de galactose na dieta é a lactose. A entrada da galactose nas células não é depen· dente de insulina.

Enzimas necessárias para a conversão de galactose em UDP-galactose

A galactose é inicialmente fosforilada pela galact ocinase, produzindo galactose-1-fosfato. Esse composto é convertido em UDP-galactose pela galactose-1-fosfato uridiltransferase, com o nucle· otídeo sendo fornecido pela UDP-glicose.


Bioquímica Ilustrada

481

• Deficiência enzimática que causa a galactosemia clássica e sua patologia

• Uma deficiência de uridiltransferase causa a galactosemia clássica . A galactose-1-fosfato acumula, causando seqüestro do fosfato, e o excesso de galactose é convertido em galactitol pela aldose-redutase. Isso causa lesão hepática, retardo grave e catarata . O tratamento requer a remoção da galactose (e, portanto, da lactose) da dieta.

• Enzima necessária para interconverter UDP-galactose em UDP-glicose

• A fim de entrar na via principal do metabolismo da glicose, a UDP-galactose deve primeiro ser convertida em UDP-glicose pela UDP-hexose-4-epimerase. Essa enzima também pode ser utilizada para produzir UDP-galactose a partir de UDP-glicose quando a primei.ra for necessária para a síntese de carboidratos estruturais.

Síntese de lactose:

SÍNTESE DE LACTOSE (pág. 140)

• Componentes estruturais da lactose

A lactose é um dissacarídeo que consiste em galactose e glicose. O leite e outros laticínios são fontes de lactose na dieta.

• Estrutura e localização da enzima que sintetiza lactose

A lactose é sintetizada pela lactose-sintase a partir de UDP-galactose e glicose, na g lândula mamária em lactação. A enzima possui duas subunidades, a proteína A (que é uma galactosi ltransferase encontrada na maioria das células, onde sintetiza N-acetil-lactosamina) e a pro teína 8 (a-lactoalbumina, encontrada apenas na glândula mamária em lactação e cuja síntese é estimulada pelo hormônio peptídico prolactina). Quando ambas as subunidades estão presentes, a transferase produz lactose.

• Funçõe s das subunidades da enzima

Via das pentoses-fosfato:

VIA U AS PENTOSES-FOSFATO (pág. 143)

• Também denominada via das hexoses monofosfato ou via do 6-fosfogliconato, a via das pentoses fosfato é observada em todas as células. Consiste em duas reações oxidativas irreversíveis, seguidas por uma série de interconversões reversíveis d.e açúcares-fosfato. Não ocorre consumo ou produção de ATP diretamente no ciclo, e dois NADPHs são produzidos para cada glicose-6-fosfato que entra na parte oxidativa da via.

Resumo da via

• Coenzimas reduzidas produzidas pela via

• Tecidos onde essa via é mais importante • Enzima regulada na via e seu inibidor

• Açúcares que participam de reações reversíveis e não-oxidativas da via • Produto dessas reações necessário para a síntese de nucleotídeos

• A parte o xidativa da via das pentoses-fosfato é especialmente importante no fígado e nas glândulas mamárias, que são ativos na biossíntese de ácidos graxas, no córtex da adrenal , que é ativo na síntese dependente de NADPH de esteróides, e nos eritrócitos, que requerem NADPH para manter a glutationa reduzida. A glicose-6-fosfato é convertida irreversivelmente em ribulose-5-fosfato, e dois NADPH são produzidos. O passo regulado é a reação da glicose-6-fosfato-desidrogenase (G6PD), que é fortemente inibida por NADPH . • Reações não-ox idativas reversíveis interconvertem os açúcares de três carbonos (gliceraldeído· 3-fosfato), quatro carbonos (eritrose-4-fosfato) , cinco carbonos (ribulose-5 -fosfato, ribose-5-fosfato e xilulose-5-fosfato), seis carbonos (frutose-6-fosfato) e sete carbonos (sedoeptulose-7-fosfato). Essa parte da via é fonte de ribose-5-fosfato, necessária para a síntese de nucleotídeos e ácidos nucléicos. Uma vez que as reações são reversíveis, a ribose-5-fosfato pode ser fornecida a partir de frutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato (intermediários glicol iticos) quando esse composto for necessário e a glicose-6-fos fato-desidrogenase estiver inibida.

Usos do NADPH:

USOS DO NADPH (pág. 145)

• Papel do NADPH na síntese de ácidos graxas e de esteróides

• O NADPH é a fonte de equivalentes redutores na biossíntese redutora, como por exemplo na produção de ácidos graxas e de esteróides. Esse nucleotídeo também é necessário para a redução do peróxido de hidrogênio, fornecendo os equivalentes redutores requeridos pela glutationa (GSH). A GSH é utilizada pela glutationa-peroxidase para reduzir peróxidos a água. A glutationa oxidada é reduzida pela glutationa-redutase, utilizando NADPH como fonte de elétrons.

• Papel do NADPH na conversão de peróxido de hidrogênio em água


482

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Funções do sistema citocromo P450

• O NADPH fornece equivalentes redutores para o sistema citocromo P450-monoxigenase, que é utilizado na hidroxilação de esteró ides para produzir hormônios esteróides, na síntese de ácidos biliares pelo ligado e na ativação da vitamina D. O sistema também destoxifica compostos estranhos como drogas e vários poluentes, incluindo carcinogênios, pesticidas e produtos derivados do petróleo.

Produto da reação da NADPH-oxidase

• O NADPH fornece equivalentes redutores para os fagócitos, no processo de eliminação de microrganismos invasores. A NADPH-oxidase utiliza oxigénio molecular e NADPH para produzir radicais superóxido, os quais, por sua vez, podem ser convertidos em peróxido, ácido hipocloroso e radicais hidroxila. A mieloperoxidase é uma enzima importante nessa via. Um defeito genético na NADPH· oxidase causa granulomatose crônica, uma doença caracterizada por infecções piogênicas crônicas, graves e persistentes.

• Deficiência enzimática que causa granulomatose crônica • Funções do óxido nítrico

• O NADPH é necessário para a síntese de óxido nítrico (NO), uma molécula importante que causa vasodilatação por relaxamento da musculatura lisa dos vasos, atua como uma espécie de neurotransmissor, previne a agregação plaquetária e ajuda a mediar a atividade bactericida dos macrófagos.

Deficiência da glicose-6fosfato-desidrogenase:

DEFICIÊNCIA DA GLICOSE-6-FOSFATO-DESIDROGENASE (G6PD) (pág. 149)

e Tipo celular mais afetado pela deficiência

• Razões para esse tipo celular ser o mais afetado • Resultado da deficiência enzimática

Essa deficiência é uma doença genética, caracterizada por anemia hemolítica. A deficiência de G6PD prejudica a capacidade da célula de produzir NADPH, que é essencial para a manutenção do conjunto de glutationa reduzida. As células mais afetadas são os eritrócitos, pois não possuem fontes adicionais de NADPH. Radicais livres e peróxidos formados dentro das células não podem ser neutralizados, causando desnaturação de proteínas dentro da célula (hemoglobina, formando corpos de Heinz) e de proteínas de membrana. As células tornam-se rígidas e são removidas pelo sistema reticuloendotelial do baço e do fígado.

• Tipos de compostos que prejudicam pessoas com deficiência de G6PD

• A anemia hemolítica pode ser causada pela produção de radicais livres e peróxidos, após a administração de drogas oxidantes, a ingestão de feijão-fava ou infecções graves. Bebês com deficiência de G6PD podem apresentar icterícia neonatal , que aparece de um a quatro dias após o nascimento.

• Classes e relativa gravidade da deficiência de G6PD

• A gravidade da anemia depende da localização da mutação no gene da G6PD. Mutações de classe I são as mais graves (por exemplo, a G6PD mediterrânea). Essas deficiências estão freqüentemente associadas com anemia não-esferocítica c rônica. Mu tações de classe III (por exemplo, G6PD A-) apresentam uma forma mais moderada da doença.

Glicosaminoglicanos:

GLICOSAMINOGLICANOS (pág. 155)

• Composição e carga dos glicosaminoglicanos

• Glicosaminoglicanos são cadeias de heteropolissacarídeos longas, lineares e negativamente carregadas, geralmente compostas por unidades repetitivas de dissacarídeos [açúcar ácido -açúcar aminadoln· O açúcar aminado pode ser a o-glicosamina ou a o-galactosamina, nas quais o grupo amino está geralmente acetilado, assim eliminando sua carga positiva. O açúcar aminado também pode estar sulfatado no carbono quatro ou seis ou em um nitrogénio não-acetilado. O açúcar ácido pode ser o ácido o-glicurônico ou seu epímero de cinco carbonos, o ácido L-idurônico.

• Funções dos glicosaminoglicanos

Esses compostos são capazes de ligar grandes quantidades de água, produzindo assim a matriz semelhante a um gel que forma a base da substância matriz. As propriedades viscosas e lubrificantes das secreções mucosas também são resultado da presença de glicosaminoglicanos, o que levou ao nome original dessas substâncias: mucop olissaca rídeos. Como componentes essenciais das superfícies celulares, os glicosaminoglicanos desempenham um papel importante na mediação da sinalização célula-célula e na adesão celular.

• As seis classes principais de glicosaminoglicanos

Há seis classes principais de glicosaminoglicanos. Elas incluem: condroitin-4-sulfato e condroitin-6-s ulfato, queratan sulfato, dermatan sulfato , heparina, heparan sulfato e ácido hialurônico.


Bioquímica Ilustrada

• Estrutura dos monômeros de proteoglicanos

• Estrutura dos agregados de proteoglicanos •

Localização celular da síntese de glicosaminoglicanos

• Passos na síntese dos glicosam inoglicanos • Mecanismo de degradação dos glicosaminoglicanos • Sintomas e exemplos de mucopolissacaridoses

483

Com exceção do ácido hialurônico, todos os glicosaminoglicanos são encontrados como componentes de monômeros de proteoglicanos, os quais consistem em um núcleo protéico, ao qual as cadeias lineares de glicosaminoglicanos estão convalentemente ligadas. Os monômeros proteoglicanos associam-se a uma molécula de ácido hialurônico para formar agregados de proteoglicanos.

• Os glicosaminoglicanos são sintetizados no retícu lo endoplasmático e no Golgi. As cadeias polissacarídicas são alongadas pela adição seqüencial , alternadamente, de açúcares ácidos e aminados, doados por seus derivados UDP. O último passo na síntese é a su lfatação dos açúcares aminados. A fonte do sulfato é o 3'-fosfoadenosil-5'-fosfossulfato.

• Os glicosaminoglicanos são degradados por hidrolases lisossomais. São inicialmente quebrados em oligossacarídeos, os quais são degradados seqüencialmente por hidrolases, a partir da extremidade não-redutora de cada cadeia. Uma deficiência em uma dessas hidrolases resulta em uma mucopolissacaridose. Estas são doenças hereditárias, nas quais os glicosaminoglicanos acumulam nos tecidos, causando sintomas como deformidades esqueléticas e da matriz extracelular e retardo mental. Exemplos dessas doenças genéticas incluem as síndromes de Hunter e de Hurler.

Glicoproteínas:

GLICOPROTEÍNAS (pág. 163)

• As glicoproteínas são proteínas às quais oligossacarídeos estão covalentemente ligados. Elas diferem dos proteoglicanos pelo fato da extensão da cadeia de carboidrato nas glicoproteínas ser relativamente curta (geralmente, 2 a 10 resíduos de açúcar, embora possa ser mais longa). As unidades de carboidratos das glicoproteínas não apresentam repetições seriais, como as dos proteoglicanos. Os oligossacarídeos são ligados às proteínas por ligações N- ou 0-glicosídicas.

Estrutura das glicoproteínas

Glicoproteínas ligadas à membrana participam de um amplo espectro de fenômenos celulares, incluindo reconhecimento de superfície celular (por outras células, hormônios, vírus), antigenicidade da superfície celular (como os antígenos dos grupos sangüíneos) e como componentes da matriz extracelular e das mucinas dos tratos gastrintestinal e urogenital, onde aluam como lubrificantes biológicos protetores. Além disso, quase todas as proteínas globulares presentes no plasma humano são glicoproteínas.

• Funções das glicoproteínas

• Sítio de síntese das glicoproteínas

• As glicoproteínas são sintetizadas no retículo endoplasmático e no Golgi. Os precursores dos carboidratos componentes das glicoproteínas são açúcar-nucleotídeos. Gl icoproteínas com l igação 0-gl icosídica são sintetizadas pela transferência seqüencial de açúcares de seus transportadores nucleotídicos para as proteínas. Glicoproteínas com ligação N-glicosídica contêm quantidades variáveis de manose. Elas também necessitam de dolicol, um transportador intermediário da cadeia oligossacarídica crescente. Uma deficiência na fosforilação dos resíduos de manose em glicoproteínas com ligação N-glicosídica, que são pré-enzimas destinadas aos lisossomos, resulta na doença da célula I.

• Intermediário necessário para a síntese das glicoproteínas com ligação Nglicosídica • Causa da doença da célula I • Sítio de degradação das glicoproteínas • Causa de oligossacaridoses

• As glicoproteínas são degradadas nos lisossomos por hidrolases ácidas. Uma deficiência de uma dessas enzimas resulta em uma doença do armazenamento de glicoproteínas (oligossacaridoses), com acúmulo de estruturas parcialmente degradadas no lisossomo.

Digestão dos lipídeos da dieta:

DIGESTÃO DOS LIPÍDEOS DA DIETA (pág. 171)

• Lipídeos da dieta

• Os lipídeos da dieta consistem principalmente em triacilgliceróis, com um pouco de colesterol, ésteres de colesterol, fosfolipídeos e ácidos graxos livres (não-esterificados).

• Populações para as quais as lipases estáveis no meio ácido do estômago são importantes para a digestão

• A digestão dos lipídeos da dieta começa no estômago, onde lipases estáveis em meio ácido (tipases lingual e gástrica) iniciam a hidrólise, removendo principalmente ácidos de cadeia média dos triacilgliceróis. Essas enzimas são importantes nos neonatos e em indivíduos com insuficiência p ancreática, como por exemplo pacientes com f ibrose cística.


484

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Necessidades para a emulsificação dos lipídeos

• No duodeno, a mistura de lipídeos é emulsificada pelo peristaltism o, usando sais biliares como detergentes.

• Enzimas pancreáticas necessárias para a degradação dos lipídeos da dieta

• No duodeno, os lipídeos da dieta são degradados por enzimas pancreáticas: os triacilgliceróis pela lipase pancreática, os fosfolipídeos pela fosfolipase A 2 e pela lisofosfolipase e os ésteres de colesterol pela colesterol-esterase. A liberação de enzimas pancreáticas é controlada pela c o lecistocinina, produzida por células da mucosa intestinal.

• Hormônios que promovem a liberação dessas enzimas

Absorção e secreção dos lipídeos da dieta:

ABSORÇÃO, SECREÇÃO E UTILIZAÇÃO DOS LIPÍDEOS DA DIETA (pág. 174)

• Os produtos da digestão dos lipídeos- ácidos graxos livres, 2-monoacilgl icerói s e colesterol-, mais os sais biliares , formam micelas mistas, que são capazes de cruzar a camada de água estacionária sobre a superfície da membrana em forma de escova. Lipídeos individuais entram no citosol das células da mucosa intestinal.

Função das micelas mistas

• Forma ativada de um ácido graxo • Componentes dos quilomicra •

Destinos dos componentes dos quilomicra

Causas e efeitos das hiperlipoproteinemias tipo I e tipo III

• A mistura de lipídeos move-se para o retículo endoplasmático, onde a acii-CoA-sintetase converte os ácidos graxos livres em seus derivados ativados ligados à coenzima A. A acii-CoA produzida é utilizada para produzir triacilgliceróis, ésteres de colesterol e fosfolipídeos. Estes, juntamente com vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K) e uma única proteína (apolipoproteína B-48), formam os qui lomicra, que são secretados para o sistema linfátic o e transportados para o sangue. • Os triacilgliceróis nos quilomicra são degradados em ácidos graxos livres e glicerol pela lipase lipoprotéica, sintetizada principalmente por adipócitos e fibroblastos. Uma deficiência dessa enzima, ou de sua coenzima, apo C- 11 , causa quilomicronemia intensa (hiperlipoprotei nemia do tipo 1). Ácidos graxos livres são captados diretamente ou transportados pela albumina sérica até serem absorvidos por alguma célula. O glicerol é metabolizado pelo fígado. Os remanescentes de quilomic ra, contendo pouco triacilglicerol, mas ainda transportando o colesterol da dieta, são absorvidos pelo fígado. Se a remoção dos remanescentes for defeituosa, eles acumulam no plasma (hiperlipoproteinemia do tipo III).

Estrutura dos ácidos graxas:

ESTRUTURA DOS ÁCIDOS GRAXOS (pág. 179)

• Estrutura dos ácidos graxos

• Um ácido graxo, geralmente formado por uma cadeia h idroç_~rbon ada linear com uma carboxila terminal, pode ser saturado ou in saturado. O ácido t itânico, de cadeia ramificada, é encontrado em laticínios. Uma incapacidade de degradar o ácido titânico causa seu acúmulo no plasma e nos tecidos (doença de Refs um).

• Causa da doença de Refsum • Ácidos graxos essenciais

• Dois ácidos graxos são essenciais (devem ser obtidos da dieta): ácidos linoléico e linolênico.

Síntese de novo de ácidos graxas:

SÍNTESE DE NOVO DE ÁCIDOS GRAXOS (pág. 180)

• Principais sítios teciduais de síntese de ácidos graxos

• A maior parte dos ácidos graxos é sintetizada no fígado, após uma refeição contendo excesso de carboidratos e proteína. Os ácidos graxos são também sintetizados pela glândula m am ária em lactação e, em menor quantidade, pelo tecido adiposo e pelos rins.

• Fonte dos blocos constitutivos, da energia e dos equivalentes redutores

• Os carbonos utilizados para a síntese dos ácidos graxos são fornecidos pela acetii-CoA , a energia é fornecida pelo ATP e os equivalentes redutores pelo NADPH .

• Localização da via nas células

• Os ácidos graxos são sintetizados no citosol. O citrato transporta unidades acetila de dois carbonos da matriz mitocondrial para o citosol.

• Enzima regulada e seus ativadores e inibidores

• O passo regulado na síntese dos ácidos graxos (acetii-CoA ~ malonii-CoA) é catalisado pela acetiiCoA-carboxilase, que requer biotina. O citrato é ativador alostérico, e o acii-CoA de cadeia lon ga funciona como inibidor. A enzima pode também ser ativada na presença de insulina e inativada na presença de adrenalina ou glucagon.


Bioquímica Ilustrada

485

• Produto final da via

• Sítios de posterior alongamento e dessaturação dos ácidos graxas

• O palmitoil pode ser posteriormente alongado no retículo endoplasmático e na mitocôndria e dessaturado por oxidases de função mista no retículo endoplasmático.

• Forma de armazenamento dos ácidos graxas

• Os ácidos graxas são armazenados como componentes dos triacilgliceróis no tecido adiposo.

Degradação dos ácidos graxos

DEGRADAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS (pág. 187)

• Regulação da degradação dos triacilgliceróis nos adipócitos

• Quando os lipídeos são necessários para o organismo produzir energia, a lipase sensível a hormônio (ativada pela adrenalina e inibida pela insulina) do tecido adiposo inicia a degradação dos triacilgliceróis armazenados.

• Transporte dos ácidos graxas no sangue

• Os ácidos graxas são transportados pela albumina sérica até o fígado e tecidos periféricos, onde a oxidação dos lipídeos é realizada para fornecer energia. (Células com poucas ou nenhuma mitocôndria, como os eritrócitos, não podem utilizar ácidos graxas, assim como o encéfalo, pois ácidos graxas de cadeia longa não cruzam a barreira hemato-encefálica.)

• Tecidos que não podem utilizar ácidos graxas como combustível e porquê • Destino do esqueleto de glicerol •

Localização celular da degradação dos ácidos graxas

• Componentes da lançadeira necessária para o transporte dos ácidos graxas para a mitocôndria • Resultado de uma deficiência nos componentes da lançadeira no músculo e no fígado • Exemplos e causas de deficiência de carnitina • Produtos finais da ção

~-oxida­

• Características de uma deficiência de AGCM

• Produtos da oxidação de ácidos graxas com número ímpar de carbonos • Causas da acidemia metilmalônica

Os passos seguintes na síntese dos ácidos graxas são catalisados pelo complexo da sintase dos ácidos graxos, que produz palmitoii-CoA a partir de acetii-CoA e malonii-CoA, utilizando NADPH como fonte de equivalentes redutores.

• O glicerol produzido pela degradação dos triacilgliceróis é transportado pelo sangue até o fígado, or,;:;e serve como um importante precursor gliconeogênico. • A degradação dos ácidos graxas (J3-oxidação) ocorre na mitocôndria. A lançadeira da carnitina é necessária para transportar os ácidos graxas do citosol para a mitocôndria. As enzimas necessárias são carnitina-palmitoil-transferase I (CPT-1, localizada no lado citosólico da membrana mitocondrial interna) e 11 (CPT-11, uma enzima da membrana mitocondrial interna). A CPT-1 é inibida por maloniiCoA. Isso impede que ácidos graxas que estejam sendo sintetizados no citosol a partir de maloniiCoA sejam transportados para a mitocôndria, onde seriam degradados.

• A deficiência genética de CPT-11 nos músculos cardíaco e esquelético causa cardiomiopatia e mioglobinemia e fraqueza após exercício. Uma deficiência genética de CPT-1 afeta o fígado, onde uma incapacidade de utilizar ácidos graxas de cadeia longa para produzir energia durante o jejum pode causar hipoglicemia grave. Uma deficiência de carnitina pode ser causada, por exemplo, por subnutrição, insuficiência hepática, hábitos vegetarianos estritos e hemodiálise.

• Uma vez na mitocôndria, os ácidos graxas são oxidados, produzindo acetii-CoA, NADH e FADH 2 . O primeiro passo na via da ~-ox i dação é catalisado por uma enzima entre uma família de quatro acii -CoA-desidrogenases, cada uma com especificidade para ácidos graxas de cadeia curta, média, longa ou muito longa. A deficiência da acii-CoA-desidrogenase de ácidos graxos de cadeia média é um dos mais comuns erros inatos do metabolismo. Causa uma diminuição na oxidação dos ácidos graxas, resultando em hipoglicemia grave. O tratamento inclui dieta rica em carboidratos. • A oxidação de ácidos graxas com número ímpar de carbonos ocorre com a remoção de unidades de dois carbonos por vez (produzindo acetii-CoA) até os últimos três carbonos (propionii-CoA). Esse composto é convertido em metilmalonii-CoA (em uma reação que requer biotina) , que por sua vez é convertido em succinii-CoA pela metilmalonii-CoA-mutase (que requer vitamina 8 12) . Um erro genético da mutase ou uma deficiência de vitamina B12 causa acidem ia e acidúria metilmalônicas.

Corpos cetônicos:

CORPOS CETÔNICOS (pág. 193)

• A mitocôndria hepática pode converter acetii-CoA, derivada da oxidação dos ácidos graxas, nos corpos cetônicos, acetoacetato e 3-hidroxibutirato. (A acetona, um corpo cetônico não-metabolizável, é produzida espontaneamente no sangue a partir do acetoacetato.) Tecidos periféricos que possuem mitocôndria podem oxidar 3-hidroxibutirato em acetoacetato, o qual pode ser convertido em acetiiCoA, produzindo, assim, energia para a célula.

Nomes dos corpos cetônicos

• Destino dos corpos cetônicos


486

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Tecidos que podem utilizar corpos cetônicos como combustível

• Ao contrário dos ácidos graxas, os corpos cetônicos podem ser utilizados pelo encéfalo (mas não por células que não apresentam mitocôndria, como os eritrócitos) e, assim sendo, esses compostos são importantes combustíveis no jejum . O fígado não tem a capacidade de degradar os corpos cetônicos, de modo que os sintetiza especificamente para os tecidos periféricos.

• Definição de cetoacidose e exemplo de uma doença em que ela ocorre

Fosfolipídeos:

FOSFOLIPÍDEOS (pág. 199)

Uma cetoacidose pode ocorrer quando a velocidade de produção dos corpos cetônicos é maior que a velocidade de utilização, como pode ser observado em casos de diabetes melito dependente de insulina não-controlado.

Estrutura geral de um fosfolipídeo

• Fosfolipídeos são formados por compostos polares e iônicos, contendo um álcool (por exemplo, colina , etanolamina, serina e glicerol) ligado por meio de uma ponte fosfodiéster ao diacilglicerol ou à esfingosina.

Funções dos fosfolipídeos

• Os fosfolipídeos são os lipídeos predominantes nas membranas celulares. Também funcionam como reserva de mensageiros intracelulares e para ancorar algumas proteínas nas membranas celulares. Fosfolipídeos que não se apresentam ligados à membrana servem como componentes do surfactante pulmonar e da bile.

• Definição e exemplo de um glicerofosfolipídeo

• Os fosfolipídeos que contêm glicerol são denominados glicerofosfolipídeos ou fosfogl icerídeos. Todos contêm ácido fosfatídico, o mais simples dos glicerofosfolipídeos. Quando um álcool , como a colina, é esterificado ao ácido fosfatídico, o produto é a fosfatidi lcolina.

• Estrutura e função da cardiolipina

• A cardiolipina contém duas moléculas de ácido fosfatídico, esterificadas por meio de seus grupos fosfato a uma molécula adicional de glicerol. Esse é o único glicerofosfolipídeo humano conhecido que é antigênico. É um importante componente da membrana mitocondrial interna.

• Estruturas e localizações teciduais de dois importantes plasmalogênios

• Os plasmalogênios são glicerofosfolipídeos que apresentam o ácido graxa no carbono 1 do esqueleto de glicerol unido por uma ligação éter, em vez de éster. Fosfatidaletanolamina (abundante no tecido nervoso) e fosfatidalcolina (abundante no músculo cardíaco) são dois plasmalogênios quantitativamente significativos.

• Componentes estruturais e função da esfingomielina

O álcool esfingosina ligado a um ácido graxa de cadeia longa produz uma ceramida. A adição de fosforilcolina prod uz o fosfolipídeo esfingom ielina, único esfingofosfolipídeo significativo em humanos. É um importante constitui nte da mielina.

• Fontes de colina e etanolamina para a síntese de fosfolipídeos

Fosfatidiletanolamina e fosfatidilcolina são os fosfolipídeos mais abundantes na maioria das células eucarióticas. A principal via de síntese para esses f_ç>sfolipídeos utiliza colina e etanolamina obtidas da dieta ou da renovação dos fosfolipídeos do organismo. Uma vez que a quantidade de colina que o corpo produz é insuficiente para atender à demanda, a colina é um nutriente dietético essencial.

Dipalmitoi lfosfatidilcolina (DPPC, também chamado dipalmitoil-lecitina) é o principal componente lipídico do surfactante pulmonar. É sintetizado e secretado por pneumócitos granulares do tipo 11. Produção insuficiente de surfactante causa a síndrome da angústia respiratória, que pode ocorrer em bebés prematuros ou em adultos cujos pneumócitos produtores de surfactante tenham sido lesionados ou destruídos.

O fosfolipídeo, que é o principal componente do surfactante pulmonar, e a síndrome causada por sua deficiência

• Ácido graxo para o qual o fosfatidilinositol serve como reserva • Papel do fosfatidilinositol na transmissão de sinal através das membranas

• O fosfatidilinositol (PI) serve como reserva para o ácido araquidônico nas membranas. A fosforilação do PI ligado à membrana produz fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato (PIP2 ). Esse composto é degradado pela fosfolipase C, em resposta à ligação de uma variedade de neurotransmissores, hormônios e fatores de crescimento a receptores de membrana. Os produtos dessa degradação, inositol-1 ,4,5-trisfosfato (IP3 ) e diacilglicerol, medeiam a mobilização de cálcio intracelular e a ativação da proteína-cinase C, que atuam si nergicamente para evocar respostas celulares específicas.


Bioquímica Ilustrada

487

• Causas da hemoglobinúria noturna paroxística

• Enzimas envolvidas na degradação de fosfolipídeos

• A degradação dos fosfoglicerídeos é executada por fosfolipases encontradas em todos os tecidos e no suco pancreático. A esfingomielina é degradada em uma ceramida mais fosforilcolina pela enzima lisossomal esfingomiel inase. Uma deficiência na esfingomielinase causa a doença de Niemann-Pick, a qual pode causar rápida e progressiva neurodegeneração em bebês .

• Causa da doença de Niemann-Pick

Proteínas específicas podem ser ligadas covalentemente, via uma ponte de carboidrato, ao PI ligado à membrana (glicosilfosfatidilinositol, ou GPI). Isso confere às proteínas ancoradas ao GPI rápida mobilidade lateral sobre a superfície da membrana plasmática. Uma deficiência na síntese de GPI nas células hematopoiéticas resulta em uma doença hemolítica, a hemoglobinúria noturna paroxística.

Glicolipídeos:

GLICOLIPÍDEOS (pág. 207)

• Estrutura de cerebrosídeos, globosídeos, gangliosídeos e sulfatídeos

Localizações predominantes dos glicolipídeos

• Os glicol ipídeos são encontrados predominanteme nte nas membranas celulares do encéfalo e do tecido nervoso periférico, com altas concentrações na bainha de mielina. Os glicolip ídeos são muito antigênicos.

Sítios de síntese e de degradação dos glicolipídeos

• Os glicolipídeos são sintetizados no retícu lo endoplasmático e no Golgi. São degradados nos liso<;somos por enzimas hidrolíticas que removem seqüencialmente grupos dos glicolipídeos na ordem inversa de sua incorporação durante a síntese ("último a entrar, primei ro a sair").

Quase todos os glicolipídeos são derivados de ce ramidas, às quais carboidratos foram ligados (glicoesfi ngolipídeos). Quando uma molécula de açúcar é adicionada a uma ceramida, é produzido um cerebrosídeo. Se um oligossacarídeo é adicionado, é produzido um globosídeo; se é adicionada uma molécu la de ácido N-acetil-neuramínico, um gangliosídeo é produzido; se um cerebrosídeo é sulfatado, é produzido um su lfoglicoesfingolipídeo (sulfatídeo).

• Causas das esfingolipidoses

• As esfingolipidose s são doenças genéticas do armazenamento lipídico. Uma determinada enzima hidrolítica lisossomal está deficiente em cada doença, resultando no acúmulo de esfingolipídeos característicos. Essas doenças são todas autossôm icas recessivas, com exceção da doença de Fabry, que é ligada ao X. A incidência dessas doenças é baixa na maioria das populações, exceto pelas doenças de Gaucher e de Tay-Sachs, que apresentam uma alta incidência na população Ashkenazi.

Prostaglandinas e compostos relacionados

PROSTAGLANDINAS E COMPOSTOS RELACIONADOS (pág. 2 11 )

Compostos conhecidos como eicosanóides

• Prostaglandinas (PGs), tromboxanos (TXs) e leucot rienos (LTs) são coletivamente conhecidos como eicosanóides. Produzidos em quantidades muito pequenas em quase todos os tecidos, aluam localmente e apresentam uma meia-vida extremamente curta.

Precursor dietético

Enzima que libera ácido araquidônico a partir de fosfolipídeos de membrana

• O precu rsor dietético dos eicosanóides é o ácido graxo essencial, ácido linoléico. Ele é alongado e insaturado, produzindo ácid o araquidônico, o precu rsor imediato das prostaglandinas, que é armazenado na membrana como um componente de um fosfolipídeo- geralmente fosfati dilinositol (PI). O ácido araquidônico é liberado do PI pela fosfolipase A 2 .

• Enzimas que catalisam o primeiro passo na síntese de prostaglandinas e leucotrienos

• A síntese de prostaglandinas e tromboxanos começa com a ciclização oxidativa do ácido araquidô· nico livre para produzir PGH 2 , catalisada pela prostaglandina-endoperóxido-sintase - uma proteína microssomal que apresenta duas atividades catalíticas: cicloxigenase dos ácidos graxos (COX) e peroxidase. Existem duas isozimas da sintase: COX-1 e COX-2. Os leucotrienos são produzidos pela via da 5-lipoxigenase.

• Drogas que inibem a síntese de eicosanóides

• O cortisol inibe a fosfolipase A2 e a COX-2. Drogas antiinflamatórias não-esteroidais, como a Aspirina®, inibem tanto a COX-1 quanto a COX-2, enquanto o celecoxibe ini be a COX-2. Os in ibidores da 5-lipoxigenase são utilizados no tratamento da asma.


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Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Estrutura do colesterol: • Estrutura do colesterol • Estrutura de um éster de colesterol

ESTRUTURA DO COLESTEROL (pág. 217) • O colesterol é um composto muito hidrofóbico. Consiste em quatro anéis hidrocarbonados fundidos (A, B, C e O) mais uma ramificação constituída por uma cadeia hid rocarbonada de oito carbonos ligada ao anel O. O colesterol apresenta um único grupo hidroxila- localizado no carbono 3 do anel A - ao qual pode ser ligado um ácido graxo, produzindo um éster de colesterol.

Síntese do colesterol:

SÍNTESE DO COLESTEROL (pág. 218)

• Tecidos que sintetizam a maior parte do colesterol no organismo

• Em humanos, o colesterol é sintetizado praticamente por todos os tecidos, embora fígado, intestino, córtex adrenal e tecidos reprodutivos contribuam com a maior porção do conteúdo de colesterol no organismo.

• Fontes de carbonos, de equivalentes redutores e de energia

• Assim como para os ácidos graxas, todos os átomos de carbono no colesterol são fornecidos pelo acetato, e o NADPH fornece os equivalentes redutores. A via obtém energia pela hidrólise da ligação tioéster de alta energia da acetii·CoA e da ligação do fosfato terminal do ATP.

Sítio celular para a síntese do colesterol

• O colesterol é sintetizado no citoplasma, por enzimas que se encontram no citosol e na membrana do retículo endoplasmático.

Enzima limitante da velocidade na síntese do colesterol

• O passo limitante da velocidade na síntese do colesterol é catalisado pela HMG-CoA-redutase, que produz ácido mevalônico a partir da hidroximetil-glutarii-CoA (HMG-CoA). A enzima é regulada por diversos mecanismos: 1) a expressão do gene da HMG-CoA-redutase é controlada por um fator de transcrição, ativado quando os níveis de colesterol estão baixos, resu ltando no aumento da síntese da enzima e, portanto, da síntese do colesterol; 2) a atividade da HMG-CoA-redutase é controlada covalentemente, pelas ações de uma proteína-cinase (que i nativa a enzima) e de uma proteína-fosfatase (que ativa a enzima); 3) a insulina ativa a HMG-CoA-redutase, enquanto o glucagon a desativa; 4) drogas como a lovastatina e a mevastatina são inibidores competitivos da HMG-CoA-redutase e são utilizados para diminuir o colesterol plasmático em pacientes com hipercolesterolemia.

• Mecanismos pelos quais esta enzima pode ser regulada

Degradação do colesterol:

DEGRADAÇÃO DO COLESTEROL (pág. 222)

• A estrutu ra em anéis do colesterol não pode ser metabolizada por humanos. O colesterol pode ser eliminado do organismo por conversão em sais biliares ou por secreção na bi le. Bactérias intestinais podem reduzir o colesterol a coprostanol e a colestanol , os quais, juntamente com o colesterol, constituem os esteróides neutros fecais.

Mecanismos para a eliminação do colesterol

Ácidos e sais biliares:

ÁCIDOS E SAIS BILIARES (pág. 222)

• Mais importantes componentes orgânicos da bile

Os sais biliares e a fosfatidilcolina são quantitativamente os componentes orgânicos mais importantes da bile. Sais biliares são ácidos biliares conjugados.

• Nomes, características estruturais e funções dos ácidos biliares

Os ácidos biliares primários, ácido cólico e ácido quenodesoxicólico, contêm dois e três grupos hidroxila, respectivamente. Ambos apresentam uma cadeia lateral que termina em um grupo carboxila. Essas estruturas são antipáticas e podem servir como agentes emulsionantes.

• Tecidos onde os ácidos biliares são sintetizados e passo regulador

• Os ácidos biliares são sintetizados pelo fígado. O passo limitante da velocidade é catalisado pela colesterol-7-a-hidroxilase, que é ativada por colesterol e inibida por ácidos biliares.


Bioquímica Ilustrada

• Como são produzidos os sais biliares primários e seus nomes • Nomes e mecanismos de produção dos ácidos biliares secundários

489

• Antes de deixarem o fígado, os ácidos biliares são conjugados a uma molécula de glicina ou de taurina, produzindo os sais biliares primários : ác idos glicocólico ou taurocólico, e os ácidos glicoquenodesoxicólico ou tauroquenodesoxicólic o. Os sais biliares são mais antipáticos que os ácidos biliares e, assim sendo, são agentes emulsionantes mais eficientes. No intestino, as bactéricas podem remover a glicina e a taurina, assim como o grupo hidroxila, produzindo ácidos biliares secundários - ácidos desoxicólico e litocólico.

• Definição da circulação entero-hepática

• A bile é secretada para o intestino e mais de 95% dos ácidos e sais biliares são eficientemente reabsorvidos. Eles são transportados ativamente das células da mucosa intestinal para o sangue porta, onde são transportados pela albumina de volta para o fígado (circulação antero-hepática). No fígado, os ácidos biliares primários e secundários são novamente convertidos em sais biliares e secretados na bile.

• Se uma quantidade maior de colesterol do que aquela que pode ser solubilizada pelos sais biliares e pela fosfatidilcolina entra na bile, pode ocorrer uma doença com cálculos biliares de colesterol (colelitíase). Isso geralmente ocorre em conseqüência de problemas sérios na absorção dos sais biliares a partir do intestino, obstrução do trato biliar ou disfunção hepática grave, levando a anormalidades na produção da bile ou dos sais biliares.

Principais causas de colelitíase

Lipoproteínas plasmáticas:

LIPOPROTEÍNAS PLASMÁTICAS (pág. 225)

• Principais classes de tipoproteínas

• As lipoproteinas plasmáticas incluem os quilom icra, as lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDLs), lipoproteínas de baixa densidade (LDLs) e lipoproteínas de alta densidade (HDLs). Elas .cnantêm os lipideos (principalmente os triacilgliceróis e os ésteres de colesterol) em solução enquanto os transportam no plasma e fornecem um mecanismo eficiente para o transporte de lipideos entre os tecidos.

Funções dessas partículas

• Componentes estruturais das lipoproteinas

• As lipoproteínas são compostas de um núcleo lipídico central (contendo triacilgl iceróis, ésteres de colesterol ou ambos), cercado por um envoltório antipático de apolip oproteínas, fosfolipídeos e colestero l não-esterificado.

• Tecidos onde são sintetizados os quilomicra

• Os quilomicra são formados nas células da mucosa intestinal a partir de lipídeos da dieta (principalmente triacilgliceróis), mais lipídeos adicionais sintetizados nessas células. Cada quilomícron nascente possui uma molécula de apolipoproteína 8-48 (apo 8-48). Essas partículas são liberadas das células para o sistema linfático e circulam até o sangue, onde recebem das HDLs a apo C-11 e a apo E. Isso torna funcionais os quilomicra.

• Tipos e origens das moléculas contidas nos quilomicra funcionais • Ativador da lipase lipoprotéica •

Produtos da lipase lipoprotéica e seus destinos

• Patologia causada por uma deficiência de lipase lipoprotéica ou de apo C-11

• A apo C-11 ativa a lipase lipoprotéica, que degrada os triacilgliceróis dos quilomicra em ácidos graxas e glicerol. Os ácidos graxos liberados são armazenados (nos adipócitos) ou utilizados para a produção de energia (pelo múscu lo). O glicerol é metabolizado pelo fígado. Pacientes com deficiência de lipase lipoprotéica ou de apo C-11 apresentam um dramático acúmulo de qu ilomicra no plasma (hiperlipoproteinem ia do tipo I, deficiência familiar da lípase lipopro téica ou hipertriacilglicerolem ia).

• Destinos dos quilomicra

• Após a maior parte dos triacilgliceróis ter sido removida, a apo C-11 volta para a HDL, e os remanescentes de quilomicra - transportando a maior parte do colesterol da dieta -ligam-se a um receptor no fígado, que reconhece a apo E. As partículas são en docitadas e seus conteúdos degradados por enzi mas lisossomais.

• Sitio de produção, composição e funções das VLDLs

• As VLDLs nascentes são produzidas no fígado e são compostas predominantemente de triacilgliceróis. Elas contêm uma única molécula de apo 8 -100. Assim como os quilomicra nascentes, as VLDLs recebem apo C-11 e apo E das HDLs no plasma. As VLDLs tran sportam os triacilgliceróis do fígado para os tecidos periféricos, onde a lipase lipoprotéica degrada esses lipídeos.


490

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Modificações das VLDLs no plasma • Composição e destino das LDLs • Patologia causada por uma deficiência de receptores para LDL •

Sítio de síntese das HDLs

Funções das HDLs no organismo

• Na medida em que os triacilgliceróis são removidos da VLDL, essa partícula recebe ésteres de colesterol da HDL. Esse processo é executado pela proteína transferidora de ésteres de colesterol. Por fim , a VLDL do plasma é convertida em LDL - uma partícula bem menor e mais densa. A apo C-11 e a apo E voltam para a HDL, mas a LDL retém a apo B-100, que é reconhecida por receptores nos tecidos periféricos e no fígado. A LDL sofre endocitose mediada por receptor e seu conteúdo é degradado nos lisossomos. Uma deficiência de receptores funcionais para a LDL causa hiperlipidemia do tipo 11 (hipercolesterolemia familiar). O colesterol endocitado inibe a HMG-CoA-redutase e diminui a síntese de receptores para LO L. Parte desse colesterol pode também ser esterificada pela acii-CoA: colesterol-aciltransferase e armazenada. • As HDLs são sintetizadas pelo fígado e pelo intestino. Apresentam diversas funções, incluindo: 1) servem como reservatório circulante de apo C-11 e apo E para os quilomicra e VLDL; 2) removem o colesterol não-esterificado da superfície celular e de outras lipoproteínas e o esterificam , utilizando a fosfatidilcolina:colesterol-acil-transferase, uma enzima plasmática sintetizada pelo fígado, que é ativada pela apo A-1 ; 3) transportam esses ésteres de colesterol para o fígado ("transporte reverso de colesterol").

Hormônios esteróides

HORMÔNIOS ESTERÓIDES (pág. 235)

• Classes de hormônios esteróides

• O colesterol é o precursor de todas as classes de hormônios esteróides (glicocorticóides, mineralocorticóides e hormônios sexuais - andrógenos, estrógenos e progestágenos). A síntese, que utiliza principalmente oxidases de função mista, ocorre no córtex adrenal (cortisol, aldosterona e andrógenos), nos ovários e na placenta (estrógenos e progestágenos) e nos testículos (testosterona).

• Sítios de síntese de hormônios esteróides • Mecanismo de ação dos hormônios esteróides

• Os hormônios esteróides difundem através da membrana plasmática de suas células-alvo e ligam-se a um receptor específico citosólico ou nuclear. Esses complexos receptor-ligante acumulam no núcleo, dimerizam e ligam-se a seqüências reguladoras específicas de DNA (elementos de resposta a hormônios), em associação com proteínas co-ativadoras, causando, assim, ativação do promotor e aumento da transcrição dos genes-alvo.

• Tecidos e seus hormônios que controlam a secreção de hormônios esteróides

• Os hormônios esteróides são secretados de seus tecidos de origem em resposta a sinais hormonais. O hormônio liberador de corticotrofina, produzido pelo hipotálam o, estimula a hipófise a secretar o hormônio adrenocorticotrófico, que estimula a camada média do córtex da adrenal a secretar cortisol. O hipotálamo também produz o hormônio liberador de gonadotrofinas , que estimula a hipófise anterior a liberar: 1) hormônio luteinizante (que estimula os testíc ulos a produzirem testosterona e os ovários a produzirem estrógeno e progesterona) e 2) hormônio fol ícu lo-estimulante, que regula o crescimento dos folículos ovarianos e estimula a espermatogênese nos testículos. A secreção de aldosterona a partir da camada externa do córtex adrenal é induzida pelo hormônio angiotensina 11 e por um decréscimo na ràzão Na•tK• no plasma.

Metabolismo geral do nitrogênio:

METABOLISMO GERAL DO NITROGÊNIO (pág. 243)

• Definição de conjunto de aminoácidos

• Fontes e destinos dos aminoácidos no organismo

• Esses aminoácidos livres são obtidos a partir da degradação da proteína da dieta, da renovação constante das proteínas teciduais e da síntese de aminoácidos não-essenciais. Os aminoácidos livres são consumidos pela síntese de proteína tecidual e pelo metabolismo de seus esqueletos carbonados.

• Definição de renovação protéica

O conjunto de aminoácidos existentes no organismo é definido como todos os aminoácidos livres nas células e no fluido extrace lular.

Em um adulto saudável, a velocidade de síntese protéica é apenas suficiente para repor a proteína que foi degradada. Esse processo é chamado renovação protéica.


Bioquímica Ilustrada

491

• Os dois principais sistemas enzimáticos responsáveis pela degradação de proteínas danificadas ou desnecessárias

• Há dois sistemas enzimáticos principais, que são responsáveis pela degradação de proteínas danificadas ou desnecessárias. O primeiro é o mecanismo ubiquitina-proteassomo, no qual proteínas intracelulares destinadas à degradação são marcadas covalentemente com ubiquitina. Essas proteínas são então reconhecidas e degradadas pelo proteassomo. Enzimas lisossomais degradam principalmente proteínas extracelulares.

• Localização de grupos R polares e apoiares em proteínas encontradas em solução aquosa ou em ambientes hidrofóbicos

• Os aminoácidos com grupos R apoiares (hidrofóbicos) são geralmente encontrados no interior das proteínas que aluam em um ambiente aquoso e na superfície de proteínas que interagem com lipídeos (como as proteínas de membrana). Aminoácidos com cadeias laterais polares são geralmente encontrados na superfície de proteínas que aluam em um ambiente aquoso e no interior de proteínas associadas a membranas.

Digestão da proteína da dieta:

DIGESTÃO DA PROTEÍNA DA DIETA (pág. 245)

• Papel do estômago na degradação da proteína da dieta

• No estômago , o ácido clorídrico desnatura as proteínas da dieta, tornando-as mais suscetíveis a proteases. A pepsina, uma enzima secretada na forma de zimogênio por células serosas do estômago, libera peptídeos e uns poucos aminoácidos livres a partir das proteínas da dieta.

• Papel do pâncreas e do intestino delgado na degradação da proteína da dieta

• No intestino delgado, proteases liberadas pelo pâncreas como zimogênios tornam-se ativas. Cada uma apresenta diferente especificidade por grupos R de aminoácidos adjacentes à ligação peptídica suscetível. Exemplos dessas enzimas são a tripsina, a quimotripsina, a elastase e as c arboxipeptidases A e B. Os oligopeptídeos resultantes são clivados por aminopeptidases encontradas na superfície luminal do intestino. Os aminoácidos livres e os dipeptídeos são então absorvidos por células do epitélio intestinal.

• Causa da cistinúria

• Sãoconhecidos pelo menos sete diferentes sistemas para o transporte de aminoácidos para dentro das células. Na doença herdada cistinúria, o sistema transportador responsável pela reabsorção dos aminoácidos cisteína, ornitina, arginina e lisina nos túbulos proximais do rim está deficiente. A incapacidade de reabsorver a cistina leva a cálculos renais.

Remoção do nitrogênio a partir dos aminoácidos:

REMOÇÃO DO NITROGÊNIO A PARTIR DOS AMINOÁCIDOS (pág. 247)

• As duas enzimas mais importantes envolvidas nas transaminações, sua coenzima e valor diagnóstico

• Os grupos a mino são transferidos para a formação de glutamato a partir de todos os aminoácidos, exceto lisina e treonina. As enzimas que catalisam essas reações são aminotransferases, e essas reações são reversíveis. As duas mais importantes dessas enzimas são a alanina-aminotransferase (ALT) e a aspartato-aminotransferase (AST). As aminotransferases necessitam de piridoxal-fosfato como coenzima. A presença de níveis elevados de aminotransferases no plasma pode ser utilizada para diagnosticar doença hepática.

• O glutamato pode ser desaminado oxidativamente no fígado pela glutamato-desidrogenase, liberando amônia livre, que pode ser utilizada para sintetizar uréia.

Enzima utilizada para desaminar oxidativamente o glutamato

• Os dois principais mecanismos para o transporte de amónia no sangue

• O transporte de amônia no sangue a partir dos tecidos periféricos para o fígado ocorre por dois mecanismos principais: por meio da glutamina, que pode ser sintetizada a partir do glutamato e de amónia (glutamina-sintetase) ou do piruvato, que pode ser transaminado em alanina. No fígado, a amónia é removida da glutamina pela glutaminase e da alanina por transaminação.

Ciclo da uréia:

CICLO DA URÉIA (pág. 251)

• Fontes dos dois átomos de nitrogênio da uréia

• Etapa limitante da velocidade no ciclo da uréia

• A carbamoil-fosfato-sintetase I produz carbamoil-fosfato na mitocôndria, a partir de C02, NH3 e duas moléculas de ATP. A enzima, que apresenta uma necessidade absoluta de seu efetor alostérico positivo, o N-acetilglutamato, é o passo limitante no ciclo.

Uma parte da amónia livre é excretada na urina, mas a maior parte é utilizada no fígado para a síntese de uréia, que é quantitativamente a via mais importante para a eliminação do nitrogênio do organismo. Um nitrogênio da molécula de uréia é fornecido por NH3 livre e um pelo aspartato.


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Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Componentes do ciclo da uréia

• O carbamoil-fosfato e a ornitina combinam-se, formando a citrulina, que é transportada para fora da mitocôndria. O ácido aspártico (fonte do segundo N da uréia) e a citrulina combinam-se para formar argininossuccinato, que é convertido em arginina. A arginase cliva a arginina, liberando uréia e ornitina.

• Causas e sintomas da hiperamonemia

Catabolismo dos esqueletos carbonados dos aminoácidos:

CATABOLISMO DOS ESQUELETOS CARBONADOS DOS AMINOÁCIDOS (pág. 260)

• Definição de aminoácidos glicogênicos e exemplos de produtos obtidos a partir deles

• Os amtnoácidos cujo catabolismo produz pi ruvato ou um dos intermediários do ciclo do ácido cítrico são denominados glícogênicos. Eles podem levar à formação líquida de glicose ou de glicogênio no fígado e de glicogênio no músculo. Os aminoácidos glicogênicos que produzem a -cetoglutarato são glutamina, glutamato, prolina, arginina e histidina; os aminoácidos que produzem piruvato são alanina, serina, glicina, cisteína e treonina; os aminoácidos que levam à produção de fumarato são fenilalanina e tirosina; aqueles que levam à formação de succinii-CoA são metionina, valina, isoleucina e treonina; e os am inoácidos asparlato e asparagina formam oxa lacetato .

• Os aminoácidos cujo catabolismo leva a acetoacetato ou a um de seus precu rsores, acetii-CoA ou acetoacetii-CoA, são denominados cetogênicos. Tirosina, fenilalanina, triptofano e isoleucína são tanto cetogênicos quanto glicogênicos. Leucina e lisina são puramente cetogênicos.

Definição de aminoácidos cetogênicos e exemplos de produtos obtidos a partir deles

Quando a função hepática é comprometida, como resultado de defeitos genéticos em uma das enzimas do ciclo ou de uma doença hepática, pode ocorrer hiperamonemia (intoxicação por amônia). Os sintomas incluem tremores, discurso inarticulado, sonolência, vômito, edema encefálico e visão borrada. Todas as deficiências herdadas das enzimas do ciclo da uréia causam retardo mental.

Biossíntese de aminoácidos nãoessenciais

BIOSSÍNTESE DE AMINOÁCIDOS NÃO-ESSENCIAIS (pág. 265)

Aminoácidos não-essenciais e as fontes de seus carbonos

Os aminoácidos não-essenciais podem ser sintetizados a partir de intermediários do metabolismo ou a partir de esqueletos carbonados de aminoácidos essenciais. Os aminoácidos não-essenciais incluem alanina, aspartato e glutamato (sintetizados por transaminação a partir de a.-cetoácidos) , glutamina e asparagina (sintetizadas por amidação do gll'!amato e do aspartato), prolina (sintetizada a partir do glutamato), cisteína (produzida a partir de metionina e serina), serina (produzida a partir do 3-fosfoglicerato), glicina (sintetizada a partir da serina) e tirosina (produzida a partir da fenilalanina) . Os aminoácidos essenciais devem ser obtidos da dieta.

Defeitos metabólicos:

DEFEITOS NO METABOLISMO DOS AMINOÁCIDOS (pág. 266)

• Deficiência enzimática, diagnóstico e tratamento da fenílcetonúria

• A fenilcetonúria (FCU ou PKU) é causada por uma deficiência da fenilalanina-hidroxilase - a enzima que converte a fenilalanina em tirosina. A hiperfenilalaninemia pode também ser causada por deficiências nas enzimas que sintetizam ou reduzem a coenzima da hidroxilase, a tetraidrobiopterina. Pacientes com PKU não-tratados sofrem de retardo mental , dificuldade para caminhar ou falar, convulsões, hiperatividade, tremores, microcefalia e retardo no crescimento. Um teste sangüíneo realizado 48 horas após um recém-nascido ter iniciado a ingestão de proteína pode ser utilizado para diagnosticar a doença. O tratamento envolve o controle da fenilalanina na dieta. Observe que a tirosina torna-se um componente essencial na dieta de indivíduos com PKU.

• Deficiência enzimática, diagnóstico e tratamento da doença do xarope de bordo

• A doença do xarope de bordo (MSUD) é uma doença recessiva, na qual há uma deficiência parcial ou completa da desidrogenase dos a-cetoácidos de cadeia ramificada- uma enzima que descarboxila leucina, isoleucina e vali na. Esses aminoácidos e seus a-cetoácidos correspondentes acumulam-se no sangue, causando efeitos tóxicos que interferem no funcionamento cerebral. Os sintomas incluem problemas na alimentação, vómitos, desidratação, acidose metabólica grave e um odor característico da urina. Se não for tratada, a doença leva a retardo mental , incapacidades físicas e morte. O diagnóstico baseia-se na análise de uma amostra de sangue obtida dentro de 24 horas após o nascimento. O tratamento da MSUD envolve administração de leite em pó sintético, que contenha quantidades limitadas de leucina, isoleucina e valina.


Bioquímica Ilustrada

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• Exemplos de outras doenças genéticas importantes associadas com o metabolismo dos aminoácidos

• Outras doenças genéticas importantes associadas com o metabolismo dos aminoácidos incluem o albinismo, a homocistinúria , a deficiência da metilmalonii-CoA-mutase, a alcaptonúria, a histidinemia e a cistationinúria.

Metabolismo das porfirinas:

METABOLISMO DAS PORFIRINAS (pág. 275)

• Estrutura e uso das porfirinas

• Porfirinas são compostos cíclicos que ligam facilmente íons metálicos - geralmente Fe2' ou Fe3 •. A metaloporfirina mais prevalente em humanos é o heme, encontrado na hemoglobina, na mioglobina, nos citocromos e nas enzimas catalase e triptofano-pirrolase .

• Tecidos que sintetizam o heme e fontes dos átomos de carbono e de nitrogênio das porfirinas

• Os principais sítios de biossíntese do heme são o fígado (onde a velocidade de síntese é altamente variável) e as células produtoras de eritrócitos da medula óssea (onde a ve locidade é geralmente constante). Todos os átomos de carbono e de nitrogênio são fornecidos pela glicina e pela succiniiCoA.

Passo comprometido na síntese do heme, sua coenzima e seu inibidor

• O passo comprometido na síntese do heme é a formação de ácido o-aminolevulínico (ALA). A reação, que requer piridoxal-fosfato como coenzima, é catalisada pela ALA-sintase. A reação é inibida por hemina (a forma oxidada do heme, que acumula na célula, quando este estiver sendo subutilizado) . A conversão de protoporfirina IX em heme, catalisada pela ferroquelatase, é inibida por ch umbo.

• Definição de porfirias, modalidades de herança e tratamento

• Porfirias são causadas por defeitos herdados (ou , eventualmente, adquiridos) na síntese do heme, resultando no acúmu lo e na maior excreção de porfirinas ou de seus precursores. As porfirias são classificadas como eritropoiéticas ou hepáticas, dependendo de onde ocorre a deficiência enzimática. Com exceção da porfiria eritropoiética congénita, que é uma doença genética recessiva, todas as porfirias são herdadas como autossômicas dominantes. Todas as porfirias resultam na diminuição da síntese do heme e, portanto, a ALA-sintase deixa de estar reprim ida. A gravidade dos sintomas das porfirias pode ser amenizada por injeções intravenosas de hemina. Uma vez que algumas porfirias resultam em fotossensibilidade, é útil evitar a exposição à luz solar.

Degradação do heme:

DEGRADAÇÃO DO HEME (pág. 281)

• Via de degradação do he me

• O heme é degradado por macrófagos, produzindo biliverdina (verde), que é reduzida a bilirrubina (vermelho-alaranjada) . A bilirrubina se complexa com a albumina e é carregada no sangue até o fígado, onde a solubilidade da bilirrubina é aumentada pela adição de duas mol éculas de ácido glicurônico. O diglicuronato de bilirrubina é transportado para os canalículos biliares,onde é hidroxilado e reduzido por bactérias, dando urobilinogênio, e então oxidado por bacté rias intestinais em estercobilina (marrom) . Uma parte do urobilinogénio é transportada pelo sangue até o rim, onde é convertida em urobilina (amarela) e eliminada na urina.

• Definição e causas da icterícia

• A icterícia refere-se à coloração amarelada da pele, das unhas e da esclera, causada pela deposição de bilirrubina, secundária ao aumento nos níveis de bilirrubina no sangue. Há três formas principais de icterícia: a icterícia hemolítica, causada pela lise maciça de eritrócitos, liberando mais heme do que pode ser manejado pelo sistema reticuloendotelial; a icterícia obstrutiva , resultante da obstrução do dueto biliar; e a icterícia hepatocelular, causada por lesão hepática, que diminui a capacidade do fígado de captar e conjugar a bilirrubina. Além disso, a icterícia neonatal é causada pela baixa atividade de glicu ronilação hepática da b ilirrubina, especialmente em bebês prematuros.


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Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Outros compostos contendo nitrogênio

OUTROS COMPOSTOS CONTENDO NITROGÊNIO (pág. 283)

• Exemplos de outros compostos contendo nitrogênio e aminoácidos a partir dos quais eles são sintetizados

Estrutura dos nucleotídeos:

ESTRUTURA DOS NUCLEOTÍDEOS (pág. 289)

• Componentes estruturais dos nucleotídeos

• Os nucleotídeos são compostos por uma base nitrogenada, um monossacarídeo (uma pentose, que pode ser ribose ou desoxirribose) e um, dois ou três grupos fosfato. As bases nitrogenadas pertencem a duas famílias de compostos: as purinas (adenina, " A", e guanina, " G") e as pirimidinas (citosina, " C", uracila, " U" e t imina, " T" ). (Nota: Uma base mais uma pentose produzem um nucleosídeo.) O ácido desoxirribonucléico (DNA) contém desoxirribose e A, G, C e T. O ácido ribonucléico (RNA) contém ribose e A, G, C e U.

• Açúcares, purinas e pirimidinas encontradas no DNA e no RNA

Outros compostos importantes contendo nitrogênio que são sintetizados a partir de aminoácidos incluem as catecolaminas (dopamina, noradrenalina e adrenalina), as quais são sintetizadas a partir da tirosina; a creatina , sintetizada a partir de arginina e glicina; a histamina, sintetizada a partir da histidina; e a serotonina, sintetizada a partir do triptofano.

Síntese dos nucleotídeos púricos:

SÍNTESE DOS NUCLEOTÍDEOS PÚRICOS (pág. 291 )

• Fontes dos átomos do anel das purinas

• Os átomos do anel das purinas são fornecidos por aminoácidos (ácido aspártico, glutamina e gli10 cina), C02 e ácido N -formiltetraidrofólico.

• Papel do PRPP na síntese dos nucleotídeos

• O 5-fosforribosil-1-pirofosfato (PRPP) é uma "pentose ativada", que participa na síntese de nucleotídeos púricos e pirimídicos e nas vias de salvação de bases púricas. Esse composto doa a unidade de ribose-fosfato encontrada nos nucleotídeos. O PRPP é produzido pela PRPP-sintetase, uma enzima ativada por fosfato inorgânico e inibida por nucleosídeos púricos difosfatados e trifosfatados (nucleotídeos púricos- os produtos finais dessa via).

• Enzima que sintetiza PRPP e sua regulação

Etapa regulada na síntese das purinas

• A síntese de 5'-fosforribosilamina a partir do PRPP e da glutam ina é catalisada pela glutamina:fosforribosil-pirofosfato-am idotransferase. Essa enzima é inibida por 5'nucleotídeos púricos, AMP, GMP e IMP- os produtos finais da via. Esse é o passo comprometido na biossíntese dos nucleotídeos púricos.

Produtos finais da via de síntese de purinas

• O produto final dessa via é o monofosfato de inosina (IMP) , o nucleotídeo púrico do qual derivarão os demais e que contém a base hipoxantina. O IMP é convertido em AMP e GMP.

• Enzimas necessárias para a produção de nucleosídeos difosfatados e trifosfatados e suas especificidades

• Nucleosídeos difosfatados (NDPs) são sintetizados a partir dos nucleosídeos monofosfatados (NMPs) correspondentes por nucleosídeo-monofosfato-cinases específicas para cada base. Os NDPs e os nucleosídeos trifosfatados (NTPs) são interconvertidos pela nucleosídeo-difosfato-cinase - uma enzima que, diferentemente das cinases dos NMPs, apresenta ampla especificidade.

• Usos clínicos de sulfonamidas, trimetoprim e metotrexato

• Alguns inibidores sintéticos da síntese das purinas (por exemplo, as sulfonamidas ou o trimetoprim) inibem o crescimento de microrganismos em rápida divisão sem interferir com as funções de célu· las humanas. Outros inibidores da síntese de purinas, tais como análogos estruturais do ácido fólico (por exemplo, o metotrexato), são utilizados farmacologicamente para controlar a disseminação de tumores, pois interferem com a síntese de nucleotídeos e, portanto, de DNA e RNA.

• Enzimas necessárias para vias de salvação de bases púricas

• As purinas que resultam da renovação normal dos ácidos nucléicos celulares podem ser convertidas novamente em nucleosídeos trifosfatados e utilizadas pelo organismo. Assim sendo, elas sofrem um processo de "salvação", em vez de serem degradadas a ácido úrico. O PRPP é a fonte de ribosefosfato, e as reações são catalisadas pela adenina-fosforribosiltransferase e pela hipoxantina-guanina-fosforribosiltransferase (HPRT).


Bioquímica Ilustrada

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• Causa e sintomas da síndrome de Lesch-Nyhan

• Uma deficiência de HPRT resulta em uma doença herdada recessiva ligada ao X, a síndrome de Lesch-Nyhan. A diminuição na via de salvação de hipoxantina e guanina resulta em grandes quantidades de ácido úrico circulante, causando gota. Sintomas também incluem características neurológicas, tais como auto-mutilação e movimentos involuntários.

Síntese de desoxirribonucleotídeos:

SÍNTESE DE DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEOS (pág. 295)

• Enzima utilizada para produzir desoxirribonucleotídeos a partir dos ribonucleotídeos, seu co-fator e sua regulação

• Todos os desoxi rribonucleotídeos (utilizados para sintetizar o DNA) são sintetizados a partir dos ribonucleotídeos, pela enzima ribonucleotídeo-redutase, que necessita de tiorredoxina como co-fator. Essa enzima é altamente regulada ; por exemplo, é fortemente inibida por dATP - um composto que é produzido em grandes quantidades em células da medula óssea, em indivíduos com deficiência de adenosina-desaminase (veja a seguir).

Degradação de nucleotídeos púricos:

DEGRADAÇÃO DE NUCLEOTÍDEOS PÚRICOS (pág. 296)

• Degradação e destino dos ácidos nucléicos da dieta

• A degradação de ácidos nucléicos da dieta ocorre no intestino delgado, onde uma família de enzimas pancreáticas hidrolisa os nucleotídeos em nucleosídeos e bases livres. As purinas da dieta são geralmente convertidas em ácido úrico, e as pirimidinas da dieta são degradadas em compostos menores pelas células da mucosa intestinal.

• Visão geral e produtos finais da degradação de nucleotídeos púricos

• Os nucleotídeos púricos são convertidos em ácido úrico por uma via que remove grupos amino e ribo~e-1-fosfato dos nucleotídeos e utiliza a xantina-oxidase para oxidar os anéis carbonados, produzindo ácido úrico. O alopurinol, uma droga que inibe a xantina-oxidase, é usado para tratar a gota.

• Causas de hiperuricemia (gota) primária e secundária

• Níveis altos de ácido úrico no sangue podem causar gota. A gota primária é causada por um defeito genético, resultante da grande produção ou da diminuição na excreção de ácido úrico. A hiperuricemia secundária é causada por uma variedade de doenças e estilos de vida, por exemplo, em pacientes com insuficiência renal crônica, pacientes com doenças mieloproliferativas ou indivíduos que consomem grandes quantidades de álcool ou alimentos ricos em purinas. A gota secundária pode também ser um efeito adverso de doenças metabólicas, tais como a doença de Von Gierke ou a intolerância à frutose.

• A deficiência da adenosina-desaminase resulta em um acúmulo de adenosina, que é convertida em suas formas de ribonucleotídeo ou desoxirribonucleotídeo pelas cinases celulares. Na medida em que os níveis de dATP aumentam, eles inibem a ribonucleotídeo-redutase, impedindo, assim, a produção de desoxirribonucleotídeos, de modo que a célula não é capaz de produzir DNA e dividir-se. Isso causa a doença da imunodeficiência combinada grave, envolvendo uma falta de células T e B.

Resultado da deficiência de adenosina-desaminase

Síntese e degradação de pirimidinas:

SÍNTESE E DEGRADAÇÃO DE PIRIMIDINAS (pág. 299)

• Fontes dos átomos no anel pirimídico

• As fontes dos átomos no anel das pirimidinas são a glutamina, o C0 2 e o ácido aspártico.

• Passo comprometido na síntese de pirimidinas

• O passo comprometido nessa via é a síntese de carbamoil-fosfato a partir de glutamina e C02 , catalisada pela carbamoil-fosfato-sintetase 11. Essa enzima é inibida por UTP e ativada por ATP e PRPP.

• Produto final da síntese de bases pirimídicas

• O produto final da síntese de bases pirimídicas é o ácido orótico, que é convertido no nucleotídeo OMP pela adição de ribose-5-fosfato (doada pelo PRPP). O OMP é então convertido em UMP. que é fosforilado a UTP. O UTP é então aminado para formar CTP. Uma deficiência do complexo enzimático (UMP-sintase) que converte ácido orótico em UMP causa a acidúria orótica.

Causa de acidúria orótica

• Enzima que sintetiza dTMP a partir de dUMP, drogas anticâncer que aleIam esta reação e fonte do CTP

• O dUMP é convertido em dTMP pela timidilato-sintase, que utiliza N5 ,N10-metileno-tetraidrofolato como fonte do grupo metila. Análogos da timina, tais como o 5-fluorouraci l, e inibidores da diidrofolato-redutase, tais como o metotrexato, são usados com drogas anticâncer, pois impedem a produção de dTMP e, portanto, impedem a síntese de DNA.


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Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

As pirimidinas são degradadas a compostos altamente solúveis, tais como a ~-alanina e o ~ -ami­ noisobutirato, os quais podem ser utilizados como precursores de acetii-CoA e de succinii-CoA, respectivamente.

• Produtos de degradação das pirimidinas

Insulina:

INSULINA (pág. 305)

• Sítio de síntese e secreção

• A insulina é um hormônio polipeptídico, produzido pelas células ~ das ilhotas de Langerhans do pâncreas. Sua síntese envolve dois precursores inativos, a pré-pró-insulina e a pró-insulina , que são subseqüentemente clivadas para formar o hormônio ativo. A insulina é armazenada em grânulos no citosol, os quais são liberados por exocitose. A insulina é degradada pela enzima insulinase, produzida principalmente pelo fígado. A insulina tem uma meia-vida de aproximadamente seis minutos.

• Enzima que degrada a insulina e sua fonte • Meia-vida da insulina • Compostos que estimulam a secreção de insulina •

Composto que diminui a secreção de insulina

• Vias que são estimuladas ou inibidas pela insulina • Mecanismo de ação da insulina

Um aumento na glicose sangüínea é o sinal mais importante para um aumento na secreção de insulina. Os níveis de aminoácidos no plasma e o peptídeo intestinal secretina também estimulam a secreção de insulina. Sua síntese e liberação são diminuídas pela adrenalina, que é secretada em resposta a estresse, trauma ou exercício intenso.

• A insulina aumenta a captação de glicose e a síntese de glicogênio, proteínas e triacilgliceróis. Esse hormôn io também diminui a degradação de glicogênio e de tracilgliceróis. Essas ações são mediadas pela ligação da insulina a um receptor de insulina, que inicia uma cascata de respostas de sinalização celular, incluindo a fosforilação de uma família de proteínas denominadas proteínas substratos do receptor de insulina (SAl).

Glucagon:

GLUCAGON (pág. 311)

• Sítio de síntese

• Hormônios contra-reguladores •

Vias ativadas na presença de glucagon

O glucagon é um hormônio polipeptídico secretado pelas células a das ilhotas pancreáticas. O glucagon, juntamente com a adrenalina, o cortisol e o hormônio do crescimento (os "hormônios contrareguladores"), opõe-se a muitas das ações da insulina.

• O glucagon alua no sentido de manter os níveis sangüíneos de glicose durante períodos de potencial hipoglicemia. O glucagon aumenta a glicogenólise, a gliconeogênese, a cetogênese e a captação de aminoácidos.

• Compostos que estimulam e que inibem a secreção de glucagon

• A secreção de glucagon é estimulada por baixos níveis de glicose no sangue, por am inoácidos e por adrenalina. A secreção de glucagon é inibida por níveis elevados de glicose no sangue e pela insulina. -

• Mecanismo de ação do glucagon

• O glucagon liga-se a receptores de alta afinidade nos hepatócitos. Essa ligação resulta na ativação da adenilato-ciclase, que produz o segundo mensageiro AMP cíclico. A ativação subseqüente da proteína-cinase dependente de AMPc resulta na ativação e na inibição mediadas por fosforilação de enzimas reguladoras-chave envolvidas no metabolismo de carboidratos e de lipídeos.

Hipoglicemia:

HIPOGLICEMIA (pág. 312)

• Características da hipoglicemia

• A hipoglicemia caracteriza-se por: 1) sintomas relacionados ao sistema nervoso central, incluindo confusão, comportamento anormal ou coma; 2) simultaneamente, níveis sangü fneos de glicose iguais ou menores que 40 mg/dL; e 3) sintomas que melhoram dentro de minutos após a administração de glicose. A hipoglicemia ocorre mais comumente em pacientes que recebem tratamento com insulina sob controle rigoroso.

• Três principais tipos de hipoglicemia

• As hipoglicemias podem ser divididas em três grupos: 1) induzida por insulina, 2) pós-prandial (algumas vezes denominada hipoglicemia reativa) e 3) hipoglicemia de jejum.


Bioquímica Ilustrada

Efeitos do etanol sobre a glicemia

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• O consumo e subseqüente metabolismo do etanol inibe a gliconeogênese, levando à hipoglicemia em indivíduos com reservas de glicogênio depletadas. O consumo de álcool também pode aumentar o risco de hipoglicemia em pacientes fazendo uso de insulina.

O estado alimentado:

O ESTADO ALIMENTADO (pág_ 319)

• Quatro mecanismos de controle do fluxo de intermediários nas vias metabólicas

• O fluxo de intermediários nas vias metabólicas é controlado por quatro mecanismos: 1) disponibilidade de substratos; 2) ativação e inibição alostéricas de enzimas; 3) modificação covalente de enzimas; 4) indução/repressão da síntese de enzimas. No estado alimentado, esses mecanismos reguladores asseguram que os nutrientes disponíveis sejam capturados como glicogênio, triacilgliceróis e proteínas.

• Definição de estado absortivo e compostos encontrados no plasma nesse período

• O estado absortivo compreende o período entre duas e quatro horas após a ingestão de uma refeição normal. Durante esse intervalo, ocorrem aumentos transitórios na glicose plasmática, nos aminoácidos e nos triacilgliceróis, os últimos principalmente como componentes dos quilomicra, sintetizados nas células da mucosa intestinal.

• Hormônios pancreáticos liberados no estado alimentado

• O pâncreas responde a níveis elevados de glicose e aminoácidos com um aumento na secreção de insulina e uma queda na liberação de glucagon pelas ilhotas de Langerhans. A razão elevada entre insu lina e glucagon e a fácil disponibilidade de substratos circulantes tornam o período entre duas e quatro horas após a ingestão de uma refeição um período anabólico.

• Principais compostos sintetizados/utilizados pelo fígado, tecido adiposo, músculo e encéfalo durante o estado alimentado

O estado de jejum:

O ESTADO DE JEJUM (pág_ 327)

• Definição de período catabólico e hormônios plasmáticos observados neste estado

• Na ausência de alimento, os níveis plasmáticos de glicose, aminoácidos e triacilgliceróis caem, disparando um declínio na secreção de insulina e um aumento na liberação de glucagon e de adrenalina. A redução na razão insulina para glucagon e a diminuição na disponibilidade de substratos circulantes torna esse período de privação de nutrientes um período catabólico.

• Principais compostos sintetizados/utilizados pelos tecidos hepático, adiposo, muscular e nervoso durante o estado de jejum

• Para satisfazer as necessidades do organismo, o fígado degrada glicogênio e inicia a gliconeogênese, utilizando o aumento na oxidação de ácidos graxos como fonte de energ ia e como suprimento de acetii -CoA como bloco construtivo para a síntese de corpos cetônicos. O tecido adiposo degrada os triacilgliceróis armazenados, fornecendo ácidos graxas e glicerol para o fígado. O músculo também pode utilizar ácidos graxos como combustível, assim como os corpos cet~nicos fornecidos pelo fígado. As proteínas musculares são degradadas para fornecer aminoácidos para o fígado utilizar na gliconeogênese. O encéfalo pode utilizar tanto glicose como corpos cetônicos como combustível.

Diabetes tipo 1 :

DIABETES DO TIPO 1 (pág_ 334)

Defeito no diabetes melito

Possíveis conseqüências do diabetes para a saúde

• A doença diabetes melito constitui um grupo heterogêneo de síndromes, caracterizadas por uma elevação da glicose sangüínea no jejum, que é causada por uma deficiência relativa ou absoluta de insulina. O diabetes é a principal causa de cegueira em adultos e de amputação e uma causa importante de insuficiência renal, ataque cardíaco e acidente vascular cerebral. A doença pode ser classificada em dois grupos, tipo 1 e tipo 2.

Durante o período absortivo, praticamente todos os tecidos utilizam glicose como combustível. Além dissÕ, o fígado repõe seus depósitos de glicogênio, substitui quaisquer proteínas hepáticas que sejam necessárias e aumenta a síntese de triacilgliceróis . Estes últimos são empacotados em lipoproteínas de densidade muito baixa, as quais são exportadas para os tecidos periféricos. O tecido adiposo aumenta a síntese e o armazenamento de triacilgliceróis, enquanto o músculo aumenta a síntese protéica e repõe as proteínas degradadas desde a última refeição. No estado alimentado, o encéfalo utiliza exclusivamente glicose como combustível.


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Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Causa do diabetes do tipo 1

• Anormalidades metabólicas associadas com diabetes melito do tipo 1

• As anormalidades metabólicas do diabetes melito do tipo 1 incluem hiperg lic emia, cetoacidose e hipertrigliceridemia. Essas alterações resultam de uma deficiência de insulina e de um excesso relativo de glucagon.

• Tratamento farmacológico para diabetes melito do tipo 1

• Pessoas com diabetes tipo 1 dependem de insulina exógena, injetada subcutaneamente, para controlar a hiperglicemia e a cetoacidose.

Diabetes tipo 2:

DIABETES DO TIPO 2 (pág. 340)

• O diabetes do tipo 2 apresenta um forte componente genético. Resulta de uma combinação de resistência à insulina e alteração na função das células [3. A resistência à insulina é a redução na capacidade dos tecidos-alvo, tais como fígado, tecido adiposo e músculo, em responder adequadamente às concentrações normais circulantes de insulina.

Definição de resistência à insulina

Pessoas com diabetes do tipo 1 constituem cerca de 1O% dos diabéticos nos Estados Unidos. A doença é caracterizada por uma deficiência absoluta de insulina, causada por um ataque autoimune sobre as células 13 do pâncreas. Essa destruição requer um estímulo do ambiente (como uma infecção virai, por exemplo) e um determinante genético que permite que a célula p seja reconhecida como "estranha".

• Causa mais comum de resistência à insulina

• A obesidade é a causa mais comum de resistência à insulina. No entanto, a maioria das pessoas com obesidade e resistência à insulina não se torna diabética. Na ausência de um defeito na função das células p, indivíduos obesos não-diabéticos podem compensar pela resistência à insulina com níveis aumentados de ins ulina. A resistência à insulina, por si só, não levará ao diabetes do tipo 2. Antes, o diabetes do tipo 2 desenvolve-se em indivíduos resistentes à insulina e que também apresentam prejuízo na funcionalidade das células p.

• As alterações metabólicas observadas no diabetes do tipo 2 são menos graves do que aquelas descritas para a forma dependente de insulina da doença, em parte porque a secreção de insulina no diabetes do tipo 2 - embora não seja adequada - impede um aumento muito grande da cetogênese e abranda o desenvolvimento da cetoacidose diabética.

Razão pela qual alterações metabólicas no diabetes do tipo 2 são menos graves que no tipo 1

• Complicações crônicas do diabetes

• Os tratamentos disponíveis para essa doença levam a uma moderação da glicemia, mas falham em normalizar completamente o metabolismo. A elevação de longa duração da glicose sangüínea causa as complicações crôn icas do diabetes - aterosclerose precoce, retinopatia, nefropatia e neuropatia.

Determinação da obesidade:

DETERMINAÇÃO DA OBESIDADE (pág. 347)

• Causa fundamental da obesidade

• A obesidade - o acúmulo de excesso de gordura corporal- é observada quando a ingestão de energia excede os gastos de energia.

• O índice de m assa corporal (IMC) é uma medida da gordu ra corporal. É calculado tanto em homens 2 como em mulheres como peso em kg/altura em metros . 1ndivíduos com um IMC entre 25,1 e 29 são considerados com sobrepeso, e aqueles com IMC acima de 30 são definidos como obesos.

Equação para a determinação do índice de massa corporal (IMC)

• Variações do IMC para indivíduos com sobrepeso e obesos •

Diferenças entre a localização de gordura andróide versus ginecóid e e sua associação com doenças

• O excesso de gordura pode estar localizado na área abdominal central (andróide, obesidade na região da cintura). Essa gordura está associada com maior risco para hipertensão, resistência à insulina, diabetes, dislipidemia e doença cardíaca coronariana. A gordura distribuída nas região das coxas (ginecóide) é relativamente benigna.

Efeito da obesidade sobre o tamanho e o número dos adipócitos

• Acredita-se que a obesidade envolva, em geral, um aumento tanto no número quanto no tamanho dos adipócitos.


Bioquímica Ilustrada

499

Regulação do peso corporal:

REGULAÇÃO DO PESO CORPORAL (pág. 349)

Papel de um ponto estabelecido predeterminado para o peso corporal

• O organismo tenta aumentar o tecido adiposo quando o peso corporal cai abaixo de um valor estabelecido previamente e a perder peso quando o peso corporal é maior que esse valor.

Papel da genética na obesidade

• Mecanismos genéticos desempenham um papel essencial na determinação do peso corporal. A obesidade comporta-se como uma doença poligênica complexa, envolvendo interações entre múltiplos genes e o ambiente.

• Tipos de fatores ambientais e de estilos de vida que apresentam impacto sobre a obesidade

• Fatores ambientais, tais como a fácil disponibilidade de alimento palatável, altamente energético, e o aumento no estilo de vida sedentário, encorajados por hábitos como assistir televisão, utilizar automóveis, computadores e aparelhos que poupam energia, tanto no trabalho quanto em casa, diminuem a atividade física e aumentam a tendência a ganhar peso.

Moléculas que influenciam a obesidade:

MOLÉCULAS QUE INFLUENCIAM A OBESIDADE (pág. 350)

• Compostos que atuam como sinalizadores no hipotálamo para influenciar o apetite e o gasto energético

• O hi potálamo libera peptídeos que regulam o apetite e o consumo de energia em resposta a sinais aferentes de outros tecidos, tais como pâncreas (insulina), estômago (grelina), intestino (colecistocinina), sistema nervoso periférico (noradrenalina) e tecido adiposo (leptina, adiponectina e resisti na).

Alterações metabólicas observadas na obesidade:

ALTERAÇÕES METABÓLICAS OBSERVADAS NA OBESIDADE (pág. 351)

• Desordens associadas com a síndrome X (síndrome da resistência à insulina, síndrome metabólica)

• A obesidade abdominal está associada com intolerância à glicose, resistência à insulina, hiperinsulinemia, dislipidemia (baixa HDL e VLDL elevada) e hipertensão. Esse conju nto de anormalidades metabólicas é conhecido como síndrome X, s índrome de resistência à insulina ou síndrome m etabólica. Indivíduos com essa síndrome apresentam um aumento significativo do risco para o desenvolvimento de diabetes melito e doenças cardiovasculares.

Redução do peso:

REDUÇÃO DO PESO (pág. 352)

• Definição de balanço energético negativo e seu papel na redução do peso

• A redução do peso é alcançada com um balanço energético negativo, ou seja, diminuindo a ingestão calórica e/ou aumentando o gasto energético. Além disso, dois medicamentos redutores de peso estão atualmente aprovados pela FDA (Food and Drug Administration, dos Estados Unidos) para pacientes obesos: sibutramina, um supressor do apetite que inibe a recaptação, tanto de serotonina quanto de noradrenalina, e orlistat, que inibe as lipases gástrica e pancreática, diminuindo, assim, a degradação da gordura da dieta e dificultando sua absorção. Procedimentos cirúrgicos , desenhados para reduzir o consumo de alimento, são uma opção para pacientes gravemente obesos que não respondam a outros tratamentos.

Duas medicações para reduzir o peso atualmente aprovadas pela FDA e seu mecanismo de ação

lngestões dietéticas de referência:

INGESTÕES DIETÉTICAS DE REFERÊNCIA (pág. 355)

• Definição de ingestão dietética de referência

• Definição de necessidades médias estimadas • Definição de quantidades diárias recomendadas • Definição de ingestão adequada •

Definição de níveis máximos tolerados de ingestão

lngestões dietéticas de referência (IDRs) são estimativas das quantidades de nutrientes necessários para previnir deficiências e manter ótima saúde. As IDAs consistem dos quatro padrões dietéticas de referência a seguir. A necessidade média estimada (NMR) é a média estimada da ingestão diária de nutrientes que satisfaz as necessidades de metade dos indivíduos saudáveis em determinado estágio da vida e em determinado gênero. A quantidade diári a recomendada (QDR) é o nível médio de ingestão dietética diária que é suficiente para satisfazer as necessidades nutricionais de quase todos (97 a 98%) os indivíduos. A ingestão adequada (IA) é estabelecida no lugar da QDR quando não houver suficientes evidências científicas para calcular a QDR. O nível máximo tolerado de ingestão (NM) é o nível médio mais elevado de ingestão diária de nutrientes que provavelmente não implicará em risco adverso para a saúde para quase todos os indivíduos na população em geral.


500

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Necessidades energéticas em humanos:

NECESSIDADES ENERGÉTICAS EM HUMANOS (pág. 356)

• Três importantes proces· sos que requerem energia e que ocorrem no orga· nismo

A energia gerada pelo metabolismo dos macronutrientes é utilizada para três processos que necessitam de energia e que ocorrem no organismo: taxa metabólica de repouso, efeito térmico do alimento e atividade física.

A variação aceitável na distribuição dos macronutrientes é definida como a va riação de ingestão para determinado nutriente que está associada com risco reduzido de doença crônica, enquanto fornece quantidades adequadas de nutrientes essenciais. Adultos devem consumir 45 a 65% do total de calorias a partir de carboidratos, 20 a 35% em gordura e 1 O a 35% devem provi r das prot eínas.

Definição de variações aceitáveis na distribuição dos macronutrientes

Porcentagem do total de calorias que os adultos devem consumir como gorduras, carboidratos e proteína

Gorduras da dieta:

GORDURAS DA DIETA (pág. 358)

Efeitos relativos de aumento nas LDLs plasmáticas em relação às HDLs sobre doenças car· diovasculares

Níveis elevados de colesterol total ou de colesterol LDL resultam em risco aumentado para doença cardiovascular. Em contraste, níveis e levados de colesterol HDL têm sido associados com redução no risco de doença cardíaca.

Relação entre a gordura saturada na dieta e coles· terol total e LDL no plasma

O consumo de gorduras saturadas está fortemente associado com n íveis elevados de colesterol total e de colesterol LDL. Quando esses ácidos graxos saturados são substituídos por gorduras monoinsaturadas, estas diminuem tanto o colesterol tota l plasmático quanto o colesterol LDL, além de aumentar as HDLs.

Efeito de ácidos graxos poliinsaturados n-3 e n-6 sobre LDL e HDL no plasma e sobre doenças cardíacas

O consumo de gorduras contendo ácidos graxos poliinsaturados n-6 diminui as LDLs plasmáticas, mas as HDLs, que protegem contra doença cardíaca coronariana, também diminuem. Dieta contendo gorduras poliinsaturadas n-3 apresentam pouco efeito sobre os níveis de LDL ou de HDL no plasma, mas suprimem arritmias cardíacas e reduzem triacilgliceróis sé ricos, diminuem a tendência à trombose e reduzem substancialmente o risco de mortalidade por doença cardiovascular.

Carboidratos na dieta:

CARBOIDRATOS NA DIETA (pág. 363)

Funções dos carboidratos na dieta

Os carboidratos fornecem energia e fibras para a dieta. Quando são consumidos como parte de uma dieta na qual a ingestão calórica seja igual ao gasto energético, não promovem obesidade.

Proteínas na dieta:

PROTEÍNAS NA DIETA (pág. 365)

Funções das proteínas na d ieta

Definição de qualidade das proteínas

As proteínas da dieta fornecem os a minoácidos essenciais. A qualidade de uma proteína é uma medida de sua capacidade de fornecer aminoácidos essenciais necessários para a manutenção dos tecidos. As proteínas de fontes animais apresentam , em ge ral, uma maior qualidade protéica que aquelas obtidas das plantas. No entanto, proteínas de diferentes fontes vegetais podem ser combinadas de tal modo que o resultado seja equivalente, em valor nutritivo, à p roteína animal.

Definição de balanço p rotéico positivo e negativo

Situações relacionadas ao estado de saúde que podem levar a um balanço protéico positivo ou negativo

Um balanço nitrogenado positivo ocorre quando a ingestão de nitrogênio excede a excreção de nitrogênio. É observado em situações nas quais ocorre crescimento de tecidos, como por exemplo em crianças, na gestação o u durante a recuperação de uma doença debilitante. Um balanço negativo de nitrogênio ocorre quando as perdas de nitrogênio são maiores q ue a sua ingestão. Está associado com quantidades inadequadas de prote ína na dieta, ausência de aminoácidos essenciais ou durante estresses fisiológicos, como trauma, queimadu ras, doença ou cirurgia.

Causa do kwashiorkor

Causa do marasmo

O kwashiorkor é causado por ingestão inadequada (reduzida) de proteína. O marasmo ocorre quando a p rivação calórica é relativamente maior que a redução nas proteínas.


Bioquímica Ilustrada

501

Vitaminas hidrossolúveis:

VITAMINAS HIDROSSOLÚVEIS (pág. 372)

• Ácido fólico: forma ativa, função e resultados de uma deficiência

• A forma ativa do ácido fólico é o ácido tetraidrofólico. Sua função é a transferência de unidades de um carbono na síntese de metionina, purinas e timina. A deficiência dessa vitamina resulta em anemia megaloblástica e defeitos do tubo neural ao nascimento. Não se conhece toxicidade para essa vitamina, mas a administração de níveis elevados de folato pode mascarar uma deficiência de vitamina B, 2 .

• Vitamina B, 2 : formas ativas, função e resultados de uma deficiência

• A vitamina 8 12 (cobalamina) apresenta, como suas formas ativas, metilcobalamina e desoxiadenosilcobalamina. Serve como co-fator para a conversão de homocisteína em metionina e metilmalonii-CoA para succinii-CoA. Uma deficiência de cobalamina resulta em anemia perniciosa (megaloblástica), demência e degeneração espinhal. A anemia é tratada com vitamina B, 2 1M ou oral em altas doses. Não se conhece toxicidade para essa vitamina.

• Vitamina C: nome químico, função e resultados de uma deficiência

• A vitamina C (ácido ascórbico) funciona como um antioxidante e como um co-fator para reações de hidroxi lação do procolágeno. Uma deficiência de vitamina C resulta em escorbuto, uma doença caracterizada por gengivas doloridas e esponjosas, dentes frouxos e deficiência na cicatrização de ferimentos. Não se conhece toxicidade para essa vitamina.

• Vitamina 8 6 : outras designações, forma ativa, função e resultados de uma deficiência

• A vitamina 8 6 (piridoxina, piridoxamina e piridoxal) tem como forma ativa o piridoxal-fosfato. Funciona como um co-fator para enzimas, em especial no metabolismo dos aminoácidos. A deficiência dessa vitamina é rara, mas causa glossite e neuropatia. A deficiência pode ser induzida por isoniazida, que causa neuropatia sensorial em altas doses.

• Vitamina B,: outra designação, forma ativa, função e resultados de uma deficiência

• A vitamina 8 1 (tiamina) apresenta como forma ativa a tiamina pirofosfato. É um co-fator de enzimas catalisando a conversão do piruvato em acetii-CoA, a-cetoglutarato em succinii-CoA e as reações das transcetolases na via das pentoses-fosfato. Uma deficiência de tiamina causa beribéri , com sintomas de taquicardia, vômitos e convulsões . Na síndrome de Wernicke-Korsa koff (mais comum em alcoolistas), os indivíduos sofrem de apatia, perda de memória e movimentos oculares. Não é conhecida toxicidade para essa vitamina .

Niacina: outras designações, formas ativas, função e resultados de uma deficiência

• A niacina (ácido nicotínico, nicotinamida) apresenta como formas ativas NAo• e NADP•. Funciona na transferência de elétrons. Uma deficiência de niacina causa pelagra, que é caracterizada por dermatite, diarréia e demência. Não há toxididade conhecida para essa vitamina. Doses altas de niacina são utilizadas para tratar hiperlipidemia.

• Vitamina B2 : outra designação, formas ativas, função e resultados de uma deficiência

• A vitamina 8 2 (riboflavina) apresenta como formas ativas FADe FMN. Funciona na transferência de elétrons. Uma deficiência de riboflavina é rara, mas causa dermatite e estomatite angular. Não se conhece toxicidade.

• Biotina: forma ativa e função

• A biotina está ativa quando ligada covalentemente a uma carboxilase, participando em reações de carboxilação. Uma deficiência de biotina é rara e não apresenta toxicidade conhecida.

• Ácido pantotênico: forma ativa e função

• O ácido pantotênico apresenta como forma ativa a coenzima A . Funciona como um carregador de acilas. Uma deficiência de ácido pantotênico é rara e não apresenta toxicidade conhecida.

Vitaminas lipossolúveis:

VITAMINAS LIPOSSOLÚVEIS (pág. 379)

• Vitamina A: outras designações, formas ativas, funções e resultados de uma deficiência

• A vitamina A (retino!, retina!, ácido retinóico- as três formas ativas da vitamina A, e o f3-caroteno) funciona na manutenção da reprodução, da visão, da promoção do crescimento, na diferenciação e na manutenção de tecidos epiteliais e na expressão gênica. Uma deficiência de vitamina A resulta em impotência, cegueira noturna, retardo no crescimento e xeroftalmia. Grandes quantidades de vitamina A são tóxicas e podem resultar em um aumento na incidência de fraturas.


502

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Vitamina O: outras designações, formas ativas, função e resultados de uma deficiência

• A vitamina D (colecalciferol, ergocalciferol) apresenta como sua forma ativa o 1,25-diidroxicolecalciferol. É responsável pela captação de cálcio e uma deficiência da vitamina resulta em raquitismo (em crianças) e osteomalacia (em adultos). Os sintomas de ambas as síndromes são ossos flexíveis e maleáveis. Níveis elevados de vitamina O são tóxicos.

• Vitamina K: outras designações, função e resultadps de uma deficiência

• A vitamina K (menadiona, menaquinona e filoquinona) é responsável pela -y-carboxilação dos resíduos de glutamato nos fatores de coagulação sangü ínea e em outras proteínas. Uma deficiência de vitamina K pode ser observada em recém-nascidos, mas é rara em adultos; causa sangramenta. A vitamina apresenta pequena toxicidade.

• Vit,éjmina E: outra designação, formas ativas, função e resultados de uma deficiência

• A vitamina E (a-tocoferol) apresenta como sua forma ativa diversos derivados tocoferóis. Funciona como um antioxidante. A deficiência de vitamina E é raramente observada, mas pode levar a fragilidade eritrocitária, que leva à anemia hemolítica. Não apresenta toxicidade conhecida .

Estrutura do DNA:

ESTRUTURA DO DNA (pág. 393)

Ligações que unem os nucleotídeos

• Definição de polaridade

• O DNA contém muitos monodesoxirribonucleotideos covalentemente ligados por meio de ligações 3',5'-fosfodiéster. A cadeia resultante, longa e linear, apresenta polaridade, com uma extremidade 5' e uma extremidade 3', que não estão ligadas a outros nucleotideos. A seqüência de nucleotídeos é lida de 5' para 3'.

• Seqüência em que são lidos os nucleotídeos • Estrutura geral do DNA • Definição de eixo de simetria • Definição de arranjo antiparalelo das cadeias •

Bases que estão pareadas noDNA

Ligações que mantêm unidos os pares de bases

• Com a exceção de uns poucos vírus que contêm DNA de hélice única, o DNA existe como uma molécula de fita dupla, na qual as duas fitas giram uma ao redor da outra, formando uma dupla hélice. Na dupla hélice, as duas cadeias estão espiraladas em torno de um eixo comu m chamado de eixo de simetria. As cadeias estão pareadas de forma antiparalela, ou seja, a extremidade 5' de uma fita está pareada com a extremidade 3' da outra fita. • As bases de uma fita estão pareadas com as bases da segunda fita de modo que uma adenina está sempre pareada com uma timina e uma citosina está sempre pareada com uma guanina. Portanto, uma cadeia polinucleotídica da dupla hélice de DNA é sempre o complemento da outra. Pares de bases são mantidos unidos por pontes de hidrogênio.

• Quando o DNA é circular

• Cromossomas eucarióticos consistem em uma longa e linear molécula de DNA, ligada a um complexo de proteínas que formam a cromatina. O DN·A circular é encontrado nas mitocôndrias eucarióticas, nos cromossomas procarióticos e nos plasmídeos extracromossomais.

Síntese do DNA procariótico:

SÍNTESE DO DNA PROCARIÓTICO (pág. 396)

~

Definição de replicação semiconservativa

Sentido no qual se move a forquilha de replicação, a partir da origem da replicação

• A replicação do DNA começa na origem da replicação (uma origem em procariotos, múltiplas origens em eucariotos). As fitas são separadas localmente, formando duas forquilhas de replicação. A replicação do DNA de fita dupla é bidirecional.

• Nomes e funções dos membros do complexo pré-iniciador

Cada fita da dupla hélice serve como molde para a construção de uma fita-filha complementar. O dúplex resultante contém uma fita parental e uma fita-filha e, assim sendo, o modo de replicação é dito semiconservativo.

• Um grupo de proteínas forma o complexo pré-iniciador. Elas reconhecem a origem da replicação (proteína DnaA), mantêm a separação das duas fitas parentais (proteínas de ligação a DNA de fita simples) e desenrolam a dupla hélice adiante da forquilha de replicação em movimento (helicase).


Bioquímica Ilustrada

• Causa das supertorções positivas e enzimas que podem relaxá-las • Topoisomerases que são alvo de drogas terapêuticas

503

• À medida que as duas fitas da dupla hélice são separadas, supertorções positivas são produzidas na região do DNA à frente da forquilha de replicação. Essas supertorções interferem com o posterior desenrolamento da dupla hélice. As DNA-topoisomerases dos tipos I e 11 removem as supertorções. A topoisomerase 11 humana é alvo de agentes anticâncer, tais como o etoposide, e a DNA-girase (uma topoisomerase do tipo 11 encontrada em E. co/i, que pode introduzir supertorções negativas) é alvo de antimicrobianos, as quinolonas.

• Sentido no qual a DNA polimerase "lê" e sentido no qual ela sintetiza o DNA

• A DNA-polimerase é capaz de "ler" a seqüência-molde parental de DNA apenas no sentido 3' ~ 5' e é capaz de sintetizar as novas fitas de DNA apenas no sentido 5' ~3 ' (antiparalelo). Assim sendo, começando com uma dupla fita parental, os dois segmentos recém-sintetizados de cadeias de nucleotídeos devem crescer em direções opostas - um na direção 5'~3', no sentido da forquilha de replicação (fita contínua), e um na direção 5 '~3', no sentido contrário ao da forqu il ha de repl icação {fita descontínua), que é sintetizada de forma descontínua.

Função de um iniciador

Enzima que sintetiza o iniciador na síntese do DNA de novo

• A DNA-polimerase requer um iniciador - uma região curta de fita dupla com um grupo hidroxila livre na extremidade 3' da cadeia mais curta. O iniciador para a síntese de DNA de novo é um curto fragmento de RNA, sintetizado por uma RNA-polimerase denominada primase. A fita contínua necessita apenas de um iniciador, enquanto a fita descontínua necessita de muitos.

• Enzimas que catalisam o alongamento da cadeia de DNA, sua edição, remoção dos iniciadores de RNA, preenchimento das lacunas e estabelecimento da ligação final fosfodiéster

• O alongamento da cadeia de DNA é catalisado pela DNA-polimerase III, utilizando 5'-desoxirribonucleosídeos t rifosfatados como substratos. A enzima "edita" o DNA recém-sintetizado, removendo nucleotídeos terminais adicionados incorretamente com sua atividade 3' ~ 5' exonuclease. • Os iniciadores de RNA são removidos pela DNA-polimerase I, utilizando sua atividade 5 '~ 3' exonuclease -As lacunas resultantes são preenchidas por essa enzima, que também pode fazer edição. A ligação final fosfodiéster é catalisada pela DNA-Iigase.

Replicação do DNA eucariótico:

REPLICAÇÃO DO DNA EUCARIÓTICO (pág. 404)

• As funções das DNA polimerases a, 13. r. õ e e

• Há pelo menos cinco classes de DNA-polimerases eucarióticas. A pol a é uma enzima com múltiplas subunidades, sendo que uma de suas subunidades realiza a função de primase. A atividade pol a 5 '~3' polimerase adiciona um curto fragmento de DNA ao iniciador de RNA. A pol õ completa a síntese de DNA na fita contínua e alonga cada fragmento de fita descontínua, utilizando atividade de 3' ~5' exonuclease para editar o DNA recém-sintetizado. A pol ~ e a pol E estão envolvidas no "reparo" do DNA, e a pol 'Y replica o DNA mitocondrial.

• Definição de telômeros

• Telômeros são seqüências de DNA altamente repetitivas, encontradas nas extremidades dos cromossomas lineares. Na medida em que as células se dividem e envelhecem , essas seqüências são encurtadas, contribuindo para a morte celular. Nas células que não envelhecem (por exemplo, células germinativas e cancerosas), a enzima telomerase substitui os telômeros, aumentando assim a vida da célula.

• Função da telomerase

• Função da transcriptase reversa

• Retrovírus, como o vírus da imunodeficiência adquirida em humanos, carregam seus genomas na forma de moléculas de uma única fita de RNA. Eles utilizam a transcriptase reversa para sintetizar uma cópia de DNA a partir de seu RNA, e essa cópia pode integrar-se às células hospedeiras.

• Análogos de nucleosídeos que foram modificados na porção açúcar do nucleosídeo podem ser utilizados para bloquear o crescimento da cadeia de DNA. Eles são úteis para quimioterapia anticâncer e antiviral.

Função e utilidade dos análogos de nucleosídeos

Organização do DNA eucariótico:

ORGANIZAÇÃO DO DNA EUCARIÓTICO (pág. 406)

• Papel das histonas

• Há cinco classes de histonas, as quais são pequenas proteínas carregadas posit ivamente, que formam ligações iônicas com o DNA carregado negativamente. Duas moléculas de cada uma das H2A, H2B, H3 e H4 formam o centro estrutural ao redor do qual o DNA está enrolado, criando um nucleossomo. O DNA que conecta nucleossomos vizinhos é chamado DNA ligante e a ele está ligada a histona H1.

• Definição de nucleossomo


504

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Níveis de organização cromossómica

• Os nucleossomos podem ser mais firmemente empacotados, formando um polinucleossomo (também denominado um nucleofilamento), que se organiza em alças, ancoradas a um su porte nuclear que contém várias proteínas. Níveis adicionais de organ i ~ação criam um c romossoma.

Reparo do DNA:

REPARO DO DNA (pág. 407)

• Produção de dímeros de timina

• A exposição de uma célula à luz ult ravioleta pode causar a união covalente de duas pirimidinas adjacentes (em geral timinas), produzindo um dímero. Esses dímeros de ti mi na impedem que a DNA-polimerase replique a fita de DNA além do sítio de formação do dímero. Esses dímeros são removidos por endonucleases UV específicas (excinuclease uvrABC), e a lacuna resultante é preenchida pela DNA-polimerase I. Nos eucariotos, uma deficiência da excinuclease UV específica causa xeroderma pigmentoso, uma doença rara, na qual as células não podem reparar o DNA dani· ficado por UV.

• Mecanismo de excisão de dímeros de timina • Causa do xeroderma pigmentoso • Causas de alterações de bases • Mecanismo de remoção de bases anormais • Mecanismo de reconhecimento e reparo de um sítio AP

Estrutura do RNA: •

Os três principais tipos de RNA

• As ba ses do DNA podem sofre r alterações es pontanea mente ou pela ação de compostos desaminantes ou alquilantes. Bases anormai s são reconhec id as por glicosi lases espec íficas que as clivam hidroliticame nte do esquele to de desoxirribose -fosfato da fita. Isso produz um sítio apirimídico ou apu rínico {sítio AP). Endonucleases AP específicas fazem um corte junto ao lado 5' do sítio AP. Uma desoxirribose-fosfato-l iase remove o res íduo iso lado e vazio de açúcar-fosfato. A DNA-polimerase e a DNA-I i gase completam o processo de reparo.

ESTRUTURA DO RNA (pág. 413) • Há três tipos principais de RNA que participam do processo de síntese protéica: RNA ribossomal {RNAr), RNA transportador {RNAt) e RNA mensageiro {RNAm). São polímeros lineares de nucleotídeos, mas diferem do DNA por conterem ribose em vez de desoxirribose e uracila em vez de timina.

• Funções dos três principais tipos de RNA

• O RNAr é encontrado em associação com diversas proteínas, como um componente dos ribossomos.·As células procarióticas apresentam três tipos de tamanhos distintos de RNAr, e as células eucarióticas apresentam quatro tipos. O RNAt serve como uma molécula "adaptadora", que trans· porta um aminoácido específico para o sítio de síntese protéica. Há pelo menos uma molécula específica de RNAt para cada um dos 20 am inoácidos-padrão. O RNAm carrega a informação genética do DNA nuclear para o citosol, onde é usado como um molde para a síntese de proteínas.

Transcrição dos genes procarióticos:

TRANSCRIÇÃO DOS GENES PROCARIÓTICOS (pág. 414)

Estrutura da RNA polimerase

Funções dos fatores cr e p

• O processo de síntese do RNA é denominado transcrição. A enzima que sintetiza o RNA é a RNA-polim erase, que é uma enzima com múltiplas subunidades. A enzima central apresenta quatro subunidades - 2 a , 1 ~ e 1 W - e possui atividade 5'--.3' polimerase. A enzima requer uma subunidade adicional - o fator sigma {cr) - que reconhece uma seq üência de nucleotídeos (região promotora) no início da extensão do DNA a ser transcrito. Uma outra proteína - o fator RHO {p) - é necessária para a terminação da transcrição de alguns genes.

• Etapas da transcrição • Substratos para a RNApolimerase

(

• A iniciação da transcrição envolve a ligação da RNA-polimerase à região promotora. Essa região contém seqüências n ucleotídicas consenso características altamente conservadas. Estas incluem a caixa de Pribnow e a seqüência - 35. O alongamento requer que a RNA-pol imerase copie uma fita da dupla hélice de DNA, pareando C com G e A (no molde de DNA) com U no transcrito de RNA. Os substratos são ribonucleosíde os trifosfatados . A terminação pode ser efetuada pela RNA-polimerase apenas ou pode necessitar do fator p.

f


Bioquímica Ilustrada

• Definição de um óperon •

Função do óperon da lactose

505

• Um óperon bacteriano é um grupo de genes estruturais que codificam as enzimas de uma via metabólica, as quais são freqüentemente encontradas agrupadas no cromossoma, juntamente com genes reguladores, que determinam sua transcrição como um único fragmento longo de RNAm. Desse modo, os genes são expressos coordenada mente. O óperon da lactose (lac) da E. coli é um dos melhor compreendidos. Ele codifica as enzimas necessárias para metabolizar a lactose quando esta for o único carboidrato disponível como substrato.

Transcrição de genes eucarióticos:

TRANSCRIÇÃO DE GENES EUCARIÓTICOS (pág. 420)

• Funções dos três tipos de ANA polimerases

• Há três classes distintas de RNA-polimerases no núcleo das células eucarióticas. A RNA-polimerase I sintetiza o precursor dos grandes RNAr no nucléolo. A RNA-polimerase 11 sintetiza ós precursores dos RNAm, e a RNA-polimerase III produz os precursores dos RNAt e alguns outros pequenos RNAs no nucleoplasma.

• Características das regiões promotoras

• Os prom otores para genes de classe 11 contêm seqüências de consenso, como a caixa TATA ou de Hogness, a caixa CAAT e a caixa GC. Elas servem como sítios de ligação para proteínas chamadas de fatores gerais de transcrição, os quais, por sua vez, interagem uns com os outros e com a RNApolimerase 11. Os estimuladores são seqüências de DNA que aumentam a taxa de início da transcrição, pois ligam-se a fatores de transcrição específicos chamados de ativadores.

• Função dos estimuladores

Modificações póstranscricionais do RNA:

MODIFICAÇÕES PÓS-TRANSCRICIONAIS DO RNA (pág. 422)

Definição de um transcrito primário

• Um transcrito primário é uma cópia linear de uma unidade t ranscricional - o segmento de DNA entre as seqüências específicas de iniciação e terminação. Os transcritos primários dos RNAt e dos RNAr, tanto de procariotos quanto de eucariotos, são modificados pós-transcricionalmente por clivagem dos transcritos originais por ribonucleases.

• Modificações pós-transcricionais dos RNAr

• Os RNAr de células procarióticas ou eucarióticas são sintetizados a partir de longas moléculas precursoras denominadas ANA pré-ribossom ais . Esses precursores são clivados e têm suas extremidades "aparadas" por ribonucleases, produzindo os três maiores RNAr. (O RNAr 5S eucariótico é sintetizado pela RNA-polimerase 11 em vez da I e é modificado separadamente.)

• Modificações pós-transcricionais dos RNAt

O RNAt procariótico ou eucariótico é também sintetizado a partir de longas moléculas precursoras. Estas devem ter seqüências intervenientes (íntrons) removidas, e as extremidades 5' e 3' da molécula são "aparadas" pela ribonuclease. Uma seqüência 3'- CCA é adicionada, e bases em posições específicas são modificadas, produzindo bases " incomuns".

• Modificações pós-transcricionais dos RNAm

O RNAm procariótico é geralmente idêntico ao seu transcrito primário, enquanto o RNAm eucariótico é intensamente modificado pós-transcricionalmente. Por exemplo, um "quepe" 7-metilguanosina é ligado à extremidade 5' do RNAm por meio de uma ligação trifosfato, pela guanililtransferase. Uma longa cauda de poli-A - que não é transcrita a partir do DNA - é ligada à extremidade 3' da maioria dos RNAm. Muitos RNAm eucarióticos também contêm íntrons que devem ser removidos para tornar funcional o RNAm. Essa remoção requer pequenos RNA nucleares.

O código genético:

O CÓDIGO GENÉTICO (pág. 429)

Definição de um códon

• Os códons são compostos por três bases de nucleotídeos, apresentadas em geral na linguagem do RNAm de A, G, C e U. São semp re escritos no sentido 5'--?3'. Das 64 possíveis combinações de três bases, 61 codificam os 20 aminoácidos comuns e três sinalizam a terminação da síntese protéica (tradução).

• Tipos de mutações causadas por alteração da seqüência de nucleotídeos em um códon

• A alteração da seqüência de nucleotídeos em um códon pode causar mutações silenciosas (o códon alterado também codifica o aminoácido original), mutações com perda de sentido (o códon alterado codifica um aminoácido diferente) ou m utações sem sentido (o códon alterado codifica um códon de terminação).


506

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

• Características do código genético

• As características do código genético incluem especificidade, universalidade, redundância e o fato de ser sem sobreposições e contínuo.

Componentes necessários para a tradução:

COMPONENTES NECESSÁRIOS PARA A TRADUÇÃO (pág. 432)

• Componentes necessários para a tradução

• Os requerimentos incluem: todos os aminoácidos que eventualmente aparecem na proteína pronta, ao menos um tipo específico de RNAt para cada aminoácido, uma aminoacii-RNAt-sintetase para cada aminoácido, o RNAm que codifica a proteína a ser sintetizada, ribossomos completamente competentes, fatores protéicos necessários para a iniciação, o alongamento e a terminação da proteína a ser sintetizada e ATP e GTP como fontes de ene rgia.

• Sítios importantes no ANAl necessários para a tradução

• Estrutura dos ribossomos

• Os ribossomos são grandes complexos de proteínas e RNAr. Eles consistem em duas subunidades. Cada ribossomo apresenta três sítios de ligação para moléculas de ANAl , os sítios A, P e E, que cobrem três códons vizinhos. O códon no sítio A liga um aminoacii-RNAt que está chegando, o códon do sítio P é ocupado pelo peptidii-RNAt, e o sítio E é ocupado pelo RNAt vazio, que está próximo de deixar o ribossomo.

• Função dos sítios de ligação A, P e E

O ANAl apresenta um sítio de ligação específico para seu aminoácido na extremidade 3' e uma região anticódon, que pode reconhecer o códon que especifica o aminoácio que o ANAl está transportando.

Reconhecimento do códon pelo RNAt:

RECONHECIMENTO DO CÓDON PELO RNAt (pág. 434)

• Regras para a ligação códon/anticódon

• O reconhecimento de um códon no RNAm é realizado pelo anticódon do RNAt. O anticódon liga-se ao códon seguindo as regras da ligação complementar e antiparalela . (Ao escrever as seqüências tanto de códons quanto de anticódons, as seqüências de nucleotídeos devem SEMPRE ser listadas no sentido 5'~3' . )

• Direção na qual as seqüências de nucleotídeos são listadas • Explicação da hipótese da oscilação

• A hipótese da oscilação estabelece que a primeira base (5') do anticódon não é tão definida espacialmente quanto as outras duas. O movimento dessa primeira base permite pareamentos não-tradicionais com a última base (3') do códon, possibilitando que um único RNAt reconheça mais de um códon para um determinado aminoácido.

Etapas na síntese protéica:

ETAPAS NA SÍNTESE PROTÉICA (pág. 435)

• Mecanismo de iniciação da síntese protéica

• Iniciação: Os componentes do sistema de tradução são reunidos, e o RNAm associa-se com a subunidade ribossomal menor. O processo requer a presença de fatores de iniciação. Nos procariotos, uma região rica em purinas (a seqüência de Shine-Dalgarno) do RNAm pareia com uma seqüência complementar no RNAr 16S, resultando no posicionamento do RNAm de modo que a tradução possa iniciar. O quepe 5' no RNAm eucariótico é utilizado para posicionar aquela estrutura sobre o ribossomo. O códon de iniciação é 5'-AUG- 3'.

• Mecanismo de alongamento durante a síntese protéica

• Alongamento: A cadeia polipeptídica é alongada no sentido 5' ~ 3' , pela adição de aminoácidos à extremidade carboxila da cadeia crescente. O processo requer fatores de alongamento. A formação da ligação peptídica é catalisada pela peptidiltransferase, que é uma atividade intrínseca do RNAr 23S do ribossomo. Após a formação da ligação peptídica, o ribossomo avança para o próximo códon (translocação). Devido ao grande comprimento da maioria dos RNAm, mais de um ribossomo pode traduzir uma mensagem ao mesmo tempo, formando um polissomo.

• Definição de um polissomo

• Mecanismo de terminação da síntese protéica

• Terminação: O processo de terminação inicia quando um dos três códons de terminação move-se para o sítio A. Esses códons são reconhecidos por fatores de terminação (ou liberação). A proteína recém-sintetizada é liberada do complexo ribossomal, e o ribossomo dissocia-se do RNAm. Numerosos antibióticos interferem no processo de síntese protéica.


Bioquímica Ilustrada

507

Modificações póstraducionais

MODIFICAÇÕES PÓS-TRADUCIONAIS (pág. 440)

• Muitas cadeias polipeptídicas são modificadas covalentemente após a tradução. Tais modificações incluem clivagem de aminoácidos em excesso, fosforilação, que pode ativar ou inativar a proteína, glicosilação, que direciona a proteína para tornar-se parte da membrana plasmática ou do lisossomo ou a ser secretada da célula, ou hidroxilação, tal como aquela observada no colágeno.

Exemplos de modificações pós-traducionais

• Mecanismo de degradação de proteínas defeituosas

• Proteínas defeituosas ou destinadas à rápida renovação são marcadas para serem destruídas pela ligação de uma pequena proteína altamente conservada, a ubiquitina. Proteínas marcadas dessa forma são rapidamente degradadas por um componente celular conhecido como proteassomo .

Endonucleases de restrição:

ENDONUCLEASES DE RESTRIÇÃO (pág. 445)

• Funções das endonucleases de restrição

• Endonucleases de restrição são enzimas bacterianas que clivam DNA de fita dupla em fragmentos menores. Cada enzima cliva o DNA em uma seqüência específica de quatro a seis nucleotídeos de comprimento, produzindo segmentos de DNA denominados fragmentos de restrição. As seqüências que são reconhecidas são palíndromos. Essas enzimas produzem extremidades coesivas (pontas adesivas) ou pontas retas no DNA. Uma seqüência de DNA reconhecida por uma enzima de restrição é denominada sítio de restrição.

• Tipos de seqüências reconhecidas por essas enzimas • Definição de um sítio de restrição •

Mecanismo para a produção de uma molécula de DNA recombinante

• DNA-Iigases bacterianas podem anelar dois fragmentos de DNA de diferentes fontes se eles foram cortados pela mesma endonuclease de restrição. A combinação híbrida dos dois fragmentos é denominada molécula de DNA recombinante.

Clonagem do DNA:

CLONAGEM DO DNA (pág. 446)

• Definição de vetor

• A introdução de uma molécula de DNA exógeno em uma célula em replicação permite a amplificação (produção de muitas cópias) do DNA - um processo denominado clonagem. Um vetor é uma molécula de DNA à qual é ligado o fragmento de DNA a ser clonado. Vetores devem ser capazes de replicação autônoma dentro da célula hospedeira e devem conter pelo menos uma seqüência específica de nucleotídeos reconhecida por uma endonuclease de restrição. Devem também carregar pelo menos um gene que lhes confira a capacidade de ser selecionado, como um gene de resistência a antibiótico.

• Requerimentos para um vetor ser funcional

• Definição de plasmídeo • Função na amplificação do DNA

• Organismos procarióticos normalmente contêm pequenas moléculas circulares de DNA extracromossômico, denominadas plasmídeos, que podem funcionar como vetores. Eles podem ser facilmente isolados das bactérias, anelados com o DNA de interesse e reintroduzidos na bactéria onde irão se replicar, produzindo assim múltiplas cópias do plasmídeo híbrido.

• Diferença entre biblioteca de DNA genômico e biblioteca de DNAc

Uma biblioteca de DNA é uma coleção de fragmentos de restrição clonados, obtidos do DNA de um organismo. Uma biblioteca genômica é uma coleção de fragmentos de DNA de fita dupla obtidos por digestão do DNA total do organismo com uma endonuclease de restrição e subseqüente ligação a um veto r apropriado. Idealmente, contém uma cópia de cada seqüência de nucleotídeos no genoma. Em contraste, bibliotecas de DNAc (DNA complementar) contêm apenas aquelas seqüências de DNA complementares a moléculas de RNAm presentes em uma célula e diferem de um tipo celular para outro. Uma vez que o DNAc não apresenta íntrons, pode ser clonado em um vetor de expressão para a síntese de proteínas eucanóticas por bactérias.

• Método comum para o seqüenciamento do DNA

Fragmentos purificados de DNA clonado podem ser seqüenciados utilizando-se o método didesoxi de Sanger.


508

Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier

Sondas:

SONDAS (pág_450)

• Definição e função de uma sonda

• A transferência de Southern é uma técnica que pode ser utilizada para detectar determinados genes presentes no DNA. O DNA é clivado por meio de uma endonuclease de restrição, os pedaços são separados por eletroforese em gel e então transferidos para uma membrana de nltrocelulose para análise. O fragmento de interesse é detectado utilizando-se uma sonda .

Definição e função de transferência de Southern

Uma sonda é um fragmento de DNA de uma única fita, geralmente marcado com um isótopo radioa32 tivo, como o P, que apresenta uma seqüência de nucleotídeos complementar à molécula de DNA de interesse (DNA-alvo). Sondas podem ser utilizadas para identificar qual clone de uma biblioteca ou qual banda em um gel contém o DNA-alvo.

Polimorfismo de comprimento do fragmento de restrição:

POLIMORFISMO DE COMPRIMENTO DO FRAGMENTO DE RESTRIÇÃO (pág. 454)

• Definição de um gene polimórfico

O genoma humano contém muitos milhares de polimorfismos que não afetam a estrutura ou a função do indivíduo. Um gene polimórfico é um gene no qual os alelos variantes são suficientemente comuns para serem úteis como marcadores genéticos. Um polimorfismo de comprimento do fragmento de restrição (RFLP) é uma variante genética, que pode ser examinada pela clivagem do DNA em fragmentos de restrição utilizando-se uma enzima de restrição.

• Potencial efeito de uma mutação em um sítio de restrição sobre a clivagem do DNA por uma endonuclease de restrição

Uma mutação de um ou mais nucleotídeos em um sítio de restrição pode tornar o sítio irreconhecível por uma determinada endonuclease de restrição. Um novo sítio de restrição também pode ser criado pelo mesmo mecanismo. Em qualquer dos casos, a clivagem com a endonuclease resulta em fragmentos com comprimentos diferentes do normal, que podem ser detectados por hibridização do DNA. Essa técnica pode ser usada para diagnosticar doenças genéticas precocemente na gestação de um feto.

Reação em cadeia da polimerase:

REAÇÃO EM CADEIA DA POLIMERASE (pág. 459)

• Definição de um polimorfismo de comprimento do fragmento de restrição

• Função da reação em cadeia da polimerase

Exemplos de aplicação da técnica de PCR

• A reaÇão em cadeia da polimerase (PCR) é um método de ensaio in vitro para amplificar uma seqüência selecionada de DNA, que não se baseia no método biológico de clonagem. A PCR permite a síntese de milhões de cópias de uma determinada seqüência de nucleotídeos em poucas horas. A seqüência pode ser amplificada, mesmo quando perfaz menos de uma parte em um milhão do total da amostra inicial. O método pode ser utilizado para amplificar seqüências de DNA a partir de qualquer fonte. -· • Amplificações pela técnica de PCR incluem: 1) comparação eficiente de um gene clonado normal com uma forma mutante não-clonada do gene; 2) detecção de seqüências pouco abundantes de ácidos nucléicos; 3) análise forense de amostras de DNA; 4) diagnóstico pré-natal e detecção de portadores, por exemplo, para a fibrose cística.

Análise da expressão gênica:

ANÁLISE DA EXPRESSÃO GÊNICA (pág. 462)

• Técnicas que medem a produção de RNAm

• Os produtos da expressão gênica (RNAm e proteínas) podem ser medidos por técnicas como as citadas a seguir. Transferências de northern são muito semelhantes às transferências de Southern, com a diferença que a amostra original contém uma mistura de moléculas de RNAm que são separadas por eletroforese e então hibridizadas a uma sonda radioativa. Microssatélites são utilizados para determinar os diferentes padrões de expressão gênica em dois tipos diferentes de células - por exemplo, células normais e cancerosas. Ensaios imunoabsorventes ligados a enzimas (ELISA) e transferências de western (imunoblots) são utilizados para detectar proteínas específicas.

• Técnicas que medem a síntese de proteínas


,

lndice Números de paginas em negrito indicam a principal discussão do tópico. Números de paginas seguidos por I denotam figuras. "Veja" em referências cruzadas direciona o leitor para um termo sinónimo. "Veja também" em referências cruzadas direciona o leitor para tópicos relacionados. (Nota: Designações de posições ou configurações nos nomes qu ímicos [por exemplo, "3-", "a -" , "N-" , "o-"] são ignoradas na classificação alfabética.)

A Abetalipoproteinemia, 229 Absorção de drogas, equação de HendersonHasselbalch para a, 8-9, 91 Aceptores de elétrons, 73, 76 Aceptores de prótons, aminoacidos como, 4-5 Acetato (ácido acético), 1801 na síntese do colesterol, 218 titulação do, 6, 6f Acetii-CoA, 379 ativação alostérica, 120 ativação da piruvato-carboxilase por, 117, 1171 carboxilação a malonii-CoA, 181 -182, 1821 citosólica, produção de, 181, 1811 conversão de nutrientes a, 91, 911 descarboxilação do piruvato a, 94, 103, 104f, 107-109, 108f formação de na oxidação de ácidos graxas, 190, 191 I no catabolismo de aminoacidos, 259-260, 263-264, 2641 na glicólise, 94 na gliconeogênese, 117, 1171, 120 na síntese de ácidos graxas, 181-182 na síntese de corpos cetônicos, 193-194, 1941, 328 na síntese do citrato, 1091, 109-11 O na síntese do colesterol, 218 no ciclo do ácido cítrico, 1071, 107-109 no diabetes melito, 195 no estado absortivo/alimentado, 321 , 3211, 322 oxidação de, 91, 911 Acetii-CoA - ACP-acetiltransferase, 182, 1831 Acetii-CoA-carboxilase, 181 -182, 1821, 1831, 187 ativação alostérica da, 181, 1821 desfosforilação da, 181 fostorilação da, 181 inativação alostérica da, 181 , 1821 no estado absortivo/alimentado, 322 regulação a curto prazo da, 181 , 1821 regulação de longo prazo da, 182 regulação hormonal da, 181 , 182f Acetila, resíduo de, no fator de ativação plaquetário, 200, 2001 Acetilcolinesterase inibição por inseticidas, 62 no ancoramento protéico à membrana, 203-204 Acetoacetato, 193 formação no catabolismo dos aminoácidos, 260, 263-264, 2641 Acetoacetii-CoA, formação no catabolismo dos aminoácidos, 259-260, 263-264, 2641 Acetona, 193, 1941 Aciclovir, 302

Acidem ia corpos cetõn icos e, 195 metilmalõnica, 192 Acidem ia metilmalõnica, 192 Acidente vascular cerebral, nutrição e, 3591 Ácido-básicas, propriedades dos am inoácidos, 5 -9 equação de Henderson-Hasselbalch para as, 5-9 Ácido 5-hidroxi-6, 8, 11, 14-eicosatetraenóico (5HPETE), 212, 213f Ácido buli rico, 1801 Ácido caprilico, 180f Ácido carbónico, como uma unidade de um carbono, 264-265 Ácido clorídrico, na digestão protéica, 245 Ácido cólico, 222, 2221, 2231 Ácido desoxicólico, 223 Ácido desoxirribonucleico. Veja DNA Ácido docosaexaenóico (DHA), 361-362 Ácido eicosapentenóico, 361-362 Ácido esteárico, 180f Ácido titânico, 193, 1931 Ácido fálico, 372-373, 3901-3911 deficiência de, 3911 diagnóstico de, 260 e anemia, 3721, 372-373, 3731 e defeitos do tubo neural, 373 deficiência de vitamina B12 e, 373-374 forma ativa do (acido tetraidrofólico), 3901 na síntese de timidina monofosfato, 300, 3021 no metabolismo de grupo de um carbono, 264-265, 2651, 372 função do, 372, 390f ingestão dietética de, e risco cardiovascular, 263, 2631, 363 ingestão dietética de referência para o, 356f na homocistinúria, 271 no metabolismo de aminoácidos, 264-265 síntese de, inibição por drogas, 292f, 293, 3031, 3721, 372-373 suplementação de, 373, 389 Ácido fórmico, 1801 como untdade de um carbono, 264 Ácido fosfatídico, 1991, 199-200 como precursor de outros fosfolipídeos, 201 síntese do, 1871, 201 Ácido glicocólico, 1731,223, 223f Ácido glicoquenodesoxicólico, 223, 223f Ácido glicurõnico conjugação à bilirrubina, 280, 2801, 2811

onos glicosaminoglicanos, 155, 155f, 159 síntese de, 159, 1601 Acido graxo-sintase, 182-1 84, 1831, 379 Acido graxo-a-hidroxilase, 193 deficiência de, 193 Ácido hialurônico, 156, 157f degradação do, 160-1 61 Ácido hipocloroso, 148 Ácido L-idurõnico, nos glicosaminoglicanos, 155, 1551, 159 síntese de, 159 Ácido lignocérico, 1801 Ácido linoléico, 180, 1801 como precursor de prostaglandinas, 211,2121

na dieta, 360-361 Ácido linolênico, 180, 180f, 36 1 Ácido lipóico como coenzima para a desid rogenase dos o:-cetoácidos de cadeia ramificada, 264 para o complexo da piruvato-desidrogenase, 108, 108f para o complexo da a-cetoglutaratodesidrogenase, 11O no envenenamento pelo arsên ico, 109 Ácido litocólico, 223 Ácido mevalõnico (mevalonato) síntese de, 218-219, 2191 síntese do colesterol a partir do, 219-220, 2201 Ácido micofenólico, 2931, 294 Ácido N-acetil neuram ínico (NANA) nos gangliosídeos, 207, 2071 síntese dos, 158, 1591 Ácido nervônico, 180f Ácido neuramínico, nos oligossacarídeos, 163 Ácido nicotínico. Veja Niacina Acido olêico, 180f oxidação do, 192-193 Ácido orótico, síntese de, 300, 3011 Ácido palmitoléico, 1801 Ácido pantotênico, 182, 379, 3901-3911 função do, 3901 deficiência de, 379, 3911 ingestão na dieta de, 379 ingestão dietética de referência para o, 3561 na coenzima A, 379, 3791 Ácido propiônico, 1801 Ácido quenodesoxicólico, 222, 2221 Ácido retinóico, 379, 380f, 3901 e reprodução, 382 mecanismo de ação, 380, 382f oxidação do retino! a, 3821 uso na dermatologia, 382, 383f Ácidos, açúcares nos glicosaminoglicanos, 155, 1551, 159 síntese de, 159, 160f Ácidos, aminoácidos, 3f, 4 Ácidos, glicoesfingolipídeos, 207, 2071 Ácidos biliares, 222·224, 488-489 circulação entero-hepática dos, 223, 224f colesterol como precursor dos, 217, 222 como agentes emulsionantes, 222 conjugados, 223, 2231. Veja também Sais biliares, 222 estrutura dos, 222 natureza antipática dos, 222 primários, 222 síntese dos, 147, 222, 222f Acido se táctica, 102 congênita, 109 Acido se lactica, 102 congênita, 109 Ácidos graxas armazenados, mobilização dos, 187-193 armazenamento dos, 185-187, 226 com número ímpar de atamos de carbono, oxidação dos, 191-192, 1931 como combustível para o músculo esquelético em repouso, 330


51 O

Índice

com número par de carbonos, saturados, 1921 como componentes dos triacilgliceróis, 179-1 81, 185-1 87,226 liberação dos, 187-188, 1881 como componentes estruturais, 179 como precursor de prostaglandinas, 179 comprimentos da cadeia, 180, 1801, 184 de cadeia curta e média, transporte para a mitocôndria, 190 de cadeia longa, 179, 226 transporte para a mitocôndria, 188-190, 1891 de cadeia muito longa, oxidação dos, 193 de cadeia ramificada, 193, 1931 degradação dos, 1921, 485 no diabetes melito, 195 dessaturação dos, 184-185 destino dos, 188 elongação dos, 184 essenciais, 180, 361 deficiência de, 361 esterificados, 179 estrutura dos, 1791, 179-180, 1801, 484 insaturados, 180, 1801 oxidação dos, 192-193 ligações duplas eis, 180, 1801, 1811 livres (não-esterificados), 179 absorção pelas células da mucosa intestinal, 174 como produtos da degradação dos lipídeos, 173 conversão na forma ativada, 186 destino dos, 176 e resistência à insulina, 3 42 metabolismo dos, 171 -178 oxidação dos, 179 transporte dos, 188 metabolismo dos, 1791, 179-198 monoinsaturados, 180 oxidação dos, 192-193 n-3 (ômega-3, OJ-3), 180, 3601, 361 efeitos antitrombóticos dos, 3611, 362 n-6 (ômega-6, oo-6), 180,360-36 1,3611 efeitos antitrombóticos dos, 3611, 362 na dieta, 180-181 , 359-362 e doença cardíaca coronariana, 359-362 monoinsaturados, 359-360, 3601 poliinsaturados, 3601, 360-362 saturados, 359, 3601 natureza antipá tica dos, 179 no estado absortivo/alimentado, 321-323,3231 no jejum, 328, 3291, 329-330, 3301 nomes comuns de, 180, 180f nova síntese dos, 174-175 oxidação dos, doenças da, 189-190 enzimas envolvidas na, 190f glucagon e, 312 liberação de energia pela, 187, 190, 1911 no jejum, 328, 3291 no peroxissomo, 193 UCP1 (termogenina) na, 79 via mitocondrial para, 188-190, 189f a , 193 ~ . 188-193, 190f, 1911 plasma, 179 poliinsaturados, 180, 184-1 85 efeitos antitrombóticos dos, 361 f, 362 resumo dos, 484-486 satu ração dos, 180, 1801 síntesedenovodos, 180-1 87, 183f, 192f, 484485 fontes de NADPH para a, 184, 1841 passo determinante da velocidade na, 181 182, 182f relação com o metabolismo da glicose, 184, 185f temperatura de fusão dos, 180 trans, 362, 362f transporte dos, 176, 188, 190, 226 Ác1dos graxas de cadeia longa, 179, 226 transporte para a mitocôndria, 188-190, 1891 Ácidos graxas livres (AGL), 179 absorção por células da mucosa intestinal, 174 como produtos da degradação de lipídeos, 173 conversão na forma ativa, 186 destino dos, 176 e resistência à insulina, 342 metabolismo dos, 171 -178

oxidação dos, 179 transporte dos, 188 Ácidos graxas poli insaturados, 360f, 360-361 efeitos antitrombóticos dos, 361 f, 362 Ácido siálico. Veja Ácido N-acetilneuramínico Ácidos nucléicos, 393. Veja também ONA; ANA . na dieta, degradação dos, 296, 297f Acido taurocólico, 223, 223f Ácido tauroquenodesoxicólico, 223, 2231 Ácido tetraidrofólico, 372, 3901. Veja também Ácido fólico deficiência de vitamina 8 12 e, 373-374 na síntese de timidina monofosfato, 300, 3021 no metabolismo dos compostos de um carbono, 264-265, 265f, 372 Ácido úrico como produto final da degra dação das pu ri nas, 296-297. 2981 conversão de ácidos nucléicos da dieta em, 296, 2971 formação do, 296-297 na gota, 297-299, 2981 na síndrome de Lesch-Nyhan, 2941, 294-295, 297 produção em excesso de, 297 . redução na excreção de, 297 Acido urocã nico, 260, 2611 Ácido urônico, via do, 159, 1601 Ácido vanililmandélico, 284 Ácido 15-aminolevulínico (ALA), formação do, 276, 2761 Ácido 15-amino/evu/fnico-desidrase, 2761, 277 no envenenamento por chumbo, 2791 Ácido 15-aminolevulfnico-sintase, 276, 2761 drogas que afetam a, 277 inibição por hemina, 2761, 277 na partiria, 278 Acidúria homogentísica, 272 Acidúria metilmalônica, 192 Acidúria orótica, 300, 3011 Acidúrica homogentísica, 272 metilmalônica, 192 orótica, 300, 3011 Acii-CoA, 1901 de cadeia longa, 181 na síntese de ácido fosfatídico, 187f, 201 na síntese de triacilglicerol, 187, 1871 Acii-CoA:colesterol-aciltransferase (A CAT), 174, 232, 2321 Acii-CoA-aciltransferase, 1901 Acii-CoA derivados, a-~-insaturados , 264 Aci/-CoA-desidrogenase, 190-191 Acii-CoA-desidrogenase, 1901 FAOH2 produzido pela, 75 Aci/-CoA-desidrogenase dos ácidos graxas de cadeia média, deficiência de, 190-191 Acii-CoA-oxidase, 193 Aci/-CoA-sintase (tiocínase), 174, 1751, 188 Acii-CoA-sintetase dos ácidos graxos de cadeia longa, 188 Aci/-CoA-transferase, 205 Acila, grupo, insaturado, nos plasma logênios, 200, 2001 saturado, no fator de ativação plaquetário, 200, 200f Acilas, proteína carregadora de (ACP) , 182-184, 1831 Aciltransferases, 174, 1751 Acne, ácido retinóico para a, 382, 383f Aconitase, inibição da, 11 O na isomerização do c itrato, 1091, 11 O Acoplamento d e rea ções, transporte de elétrons e fosforilação oxidativa, 76, 78 Acoplamento energético, 72f, 72-73 ACTH, 237, 237f Açúcar(es). Veja também Oissacarídeo(s); Monossacarídeos; Oligossacarídeos; Polissacarídeos ácidos nos glicosaminoglicanos, 155, 1551, 159 síntese, 159, 160f adicionados. 363 aminados nos glicosaminoglicanos, 155, 155f, 158 síntese, 158, 1591 O- e L-, 84

ingestão na die ta de, 363 e doença, 365 re dutores, 84 Açúcares aminados nos glicosaminoglicanos, 155, 155f, 158 sfntese de, 158, 1591 Açúcares redutores, 84 Adenilato-ciclase glucagon e, 312 na degradação de triacilgliceróis, 187 na regulação metabólica, 92-94 na transcrição a partir de óperons bacterianos, 418-1 20,4191 Vibrio cholerae e, 93 Adenilato-cinase, 294, 2941 Adenina, 289, 289f, 3031, 394, 394f dano e reparo de, 409, 4091 em códons/código genético, 429, 430f pare amento com timina, 395, 395f, 3961 Adenina arabinosídeo, 406 Adenina-fosforribosiltransferase (APAT). 294, 2941 Adenina nucleotídeo, transportador de, 79 Adenosina. 290 Adenosina-desaminase, 297, 298t deficiência de, 298f, 299, 299f terapia gênica para, 299, 464-465, 4651 Adipócitos na obesidade, 348, 348f reesterificação de ácidos graxas livres nos, 176 volume dos, 322, 3221 Adipócitos marrons (gordura marrom). produção de calor nos, 79 Adiponectina na obesidade, 351 no diabetes melito. 342 DNA, 393-412 amplificação do, 446-447 anelamento, na reação em cadeia da polimerase, 461 bases do, 394, 394f alteração das, 407-409 anormais, remoção das, 409, 4091 incomuns, 289-290, 2901 pareamento de, 395, 395f, 396f perda espontânea de, 407-409 pirimídicas, 289, 289f, 303f pontes de hidrogênio entre, 395, 395f, 3961 púricas, 289, 289f, 303f DNA eucariótico alongamento da cadeia do, 400-402, 401 f organização do, 406f, 406-407, 4071, 503-504 replicação do, 397, 398f, 503 inibição terapêutica do, 405-406, 4061 DNA-girase, 399 DNA-helicases. 398, 398f DNA-Iigase, 4031, 403-404 extrem idades adesivas de fragmentos de DNA unidas por, 446, 447f no reparo do DNA, 408-409 DNA-polimerase(s). 302, 396 3' ->5', na edição do DNA, 402, 4021 5'->3', na excisão e substituição do iniciador de ANA, 403 eucariótica. 404, 404f na reação em cadeia da polimerase, 4601, 460461 no seqüenciamento de fragmentos clonados de ONA, 449-450, 4501 DNA-polimerase I no reparo do DNA. 408-409 substituição do iniciador de ANA pela, 402-403, 4031 DNA-polimerase III na edição, 401 -402, 4021 no a longamento da cadeia, 401 , 4011 DNA-topoisomerase (s), 398-399 como alvo de drogas, 399 tipo I, 398-399, 399f tipo 11, 399, 399f ADP. Veja Difosfato de adenosina Adrenal, hormônios do córtex da, 235 deficiência de, 2361 secreção de, 237, 2371 Adrenalina, 283-284 degradação da, 284, 2841 e insulina, 308, 308f, 316f e metabolismo do glicogênio, 130, 1311, 132, 132f

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e secreção de glucagon, 31 1, 3111 funções da, 283 na degradação de triacilgliceróis, 1881 na hipoglicemia, 312-314,3131 na integração do metabolismo, 305 na regulação da acetii-CoA-carboxilase, 181, 1821 no diabetes melito, 339 síntese da, 284, 2841 Adrenérgicos, sintomas, na hipoglicemia, 312 Adre nocorlicotrofin a (ACTH), 237, 2371 Adre noleucodistrofia ligada ao X, 193 Africanos, descendentes de, anemia falciforme em, 35, 351 intolerância à lactose em, 87 Agregação plaquetária gorduras poliinsaturadas n-6 e n-3 e, 361 I, 362 inibição pelo óxido n ítrico, 148-149, 1491 Água estacionária, camada de, 174 Alanina, 2731 cadeias laterais da, 21 catabolismo da, 26 1, 2611 fo rma di polar da, 7, 71 forma isoelétrica da, 7, 71 grupo amino, dissociação do, 7 gr upo carboxila, dissociação do, 6-7 ligação peptídica com valina, 13, 141 no transporte de amónia, 250, 2511 pKs da, 7 -8 propriedades ópticas da, 5, 51 síntese da, 265, 2661 títulação da, 6-8, 71, 81 Alanina-aminotransferase (ALT), 248, 2481 em doenças hepáticas, 65, 249, 2491 mecanismo de ação da, 248 na icterícia, 283 valor diagnóstico da, 249, 2491 Albinismo, 261 , 2671, 271 óculo-cutâneo, 271 , 2711 Albumina como transportadora de ácidos biliares, 223 de ácidos graxos livres, 176, 188 de aldoste rona, 235 de bilirrubina, 280 função da, 1 Alcaptonúria, 261, 2671, 272 , 2721 Álcool como componente da dieta, 355, 3551, 3571 e doença cardíaca coronariana, 362 e hipoglicemia, 314-316, 3151 e síndrome de Wernicke-Korsakoff, 377 metabolismo do, 3 14-315, 3151 Alcool-desidrogenase, 314-31 5, 315f Aldeído-desidrogenase, 315, 3151 A/do/ase A, 99 no metabolismo da frutose, 136, 1361, 1371 Aldolase B, deficiência de, 136, 1371 no metabolismo da frutose, 136, 1361, 137f Aldose(s) , 83, 831 Aldose-redutase, 137-138, 1381, 1391, 140 Aldosterona, 235, 2351 secreção de, 237 síntese de, 2361 A teio-específica, sonda oligonucleotídica (ASO), 4641 na anemia fa lciforme, 451, 4511, 4521 a-tocoferol, ~-caroteno, Estudo de Prevenção do Câncer, 389 Alimento, conteúdo energético do, 357, 3571 efeito térmico do, 357, 357f Alisina, na biossíntese do colágeno, 48, 48f Alolactose, 4 18-420,4 191 alongamento da cadeia do, 400-402, 4011 alvo, para sondas, 450 como modelo para o RNA, 413. Veja também RNA, síntese (transcrição) do, de fita única (virai), 393 análogos de nucleosídeos, inibição por, 405-406, 4061 desnaturação do, 395 na rea ção em cadeia da polimerase, 461 dupla fita, 393 dupla hélice de, 393, 3951, 395-396 antiparalela, 395, 3951 eixo de simetria para a, 395, 3951, 446

forma A da, 396 forma B da, 396, 3971 formas estruturais da, 396, 3971 forma Z da, 396, 3971 natureza complementar da, 395 pareamento de bases na, 395, 3951 perda da configuração, na transcrição em eucariotos, 420 regras de Chargaff para, 395 separação das fitas na, 395, 3961 sulco maior da, 395, 395f sulco menor da, 395, 3951 edição do, 401-402,4021, 404 estrutura do, 393-396, 4111, 502 eucariótico, organização do, 4061, 406-407, 4071, 503-504 replicação do, 397, 3981, 404-406, 503 fluxo de informação, 393, 3931,413 lesão por ultravioleta, 4081, 408-409 ligações 3'~s· fosfodiéster do, 393-394, 3941 ligante, 406, 4061 mapa conceituai para o, 41 11 metilação do, 420 mitocondrial, 80 mutações do, 80 moléculas circulares de, 396 nucleóide, 396 palíndromo, 417, 4171, 445-446,4461 plasmídeo, 396 polaridade do, 394 procariótico, 393. Veja também Procariótico, DNA replicação do, 396-404, 502-503 quebras da dupla fita, reparo de, 409 renaturação (reanelamento), 395 reparo do, 407-409, 504 excisão d e bases, 409, 4091 identificação da fita com erros, 408, 4081 junção de extremidades não-homólogas, 409 recombinação homóloga, 409 resumo de, 502-504 temperatura de fusão do, 395, 3961 Alopurinol, para a gota, 2981, 299 Alostéricas, enzimas, cinética com curvas sigmoidais das, 57 efetores ou modificadores de, 621, 62-63, 641 heterotrópicos, 63, 631 homotrópicos, 62-63 ne gativos, 621, 62-63 positivos, 621, 62-63 no passo comprometido (determ inante da velocidade) de u ma via, 62 Alostéricos, ativadores, na regulação metabólica, 92 no esta do absortivo/alimentado, 319, 3191 no jejum, 327 Alostéricos, efetores, 621, 62-63, 641 e afinidade da hemoglobina pelo oxigénio, 27, 401 níveis de glucagon e, 11 9-1 20 no estado absortivo/alimentado, 319, 3191 no jeju m, 327 Alostéricos, inibidores, na regulação metabólica, 92 ALT, Veja Alanina-aminotransferase Altitudes altas e anemia falciforme, 37 e níveis de 2,3-bisfosfoglicerato, 32, 321 Alvo, DNA, 450 Alzheimer, doença de, proteína amilóide na, 21, 21 f a -Amanita, inibição da RNA-polimerase 11 pela, 422 Amanita phalloides envenenamento, 2491 inibição da RNA-polimerase li pela, 422 Amida, grupo, nas cadeias latera is de aminoácidos, 4 Amidação, síntese d e aminoácidos não-essenciais por, 265-266, 2661 Amido digestão do, 8 5-86 ingestão na dieta, 363 u.-Amilase pancreática. 85, 861 salivar, 85, 86f Amilo-o.{l ~4)-4et{1~6)-transglicosidase, 126 Amilo-o.{l-46)-g/icosidase, 127 Amilóide, proteína, 2 1, 211 Amilóide, proteína precursora, 21 , 21f Amilose, 126 Amina(s) amónia originária de, 254

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b iologicamente ativa, 283-284 Amino, grupo, 1, 11 dissociação do, 7 ligação peptídica com o grupo carboxila, 13-14, 141 remoção de (desaminação), 243, 249-250, 2501 a, transferência de (transaminação), 243, 247249, 2481, 2491, 259, 264 Aminoácido(s). 1-12 abreviaturas e símbolos, 5, 51 absorção de, 246 ácidos, 31, 4 amónia originária dos, 254 apoiares, 21, 2-4, 19, 191 localização nas p roteínas, 2-4, 4f na mioglobina, 26 básicos, 31, 4-5 cadeias laterais dos, 1I, 1-5, 21-31 como sítios de ligação de outros compostos, 4 carga líquida em pH neutro, 8 catabolismo/degradação dos, 243, 247-251, 2591, 259-264, 2731 formação de acetii-CoA no, 259, 263-264, 2641 formação de acetoacetii-CoA no, 259 for mação de fumarato no, 259, 261, 261f for mação de oxalacetato no, 259-260, 26 01 formação de pir uvato no, 259, 261, 261 f formação de succinii-CoA no, 259, 261-263, 2621, 264, 2641 formação de a-cetoglutarato no, 248f, 248250,2501, 259-260, 261 1 no estado absortivo/alimentado, 3211, 322 resumo, 492-493 cetogênicos, 259-260, 2601, 263-264 classificação dos. 21-31, 2-5 clinicamen te importantes, 2731 como aceptores de p rótons. 4-5 como d oadores d e prótons, 4 como precursores de compostos nitrogenados, 275,2751 como tampões, 5-6 conversão em produtos especia lizados, 275f, 275-288 resumo da, 493-494 de cadeia ramificada catabolismo dos, 264 degradação de, capacidade hepática limitada para, 322 descarboxilação oxidativa dos, 264 desidrogenação dos, 264 no estado absortivo/alimentado, 322, 3241, 325 transaminação d os, 264 desaminação oxidativa dos, 243, 249-250, 2501 coenzimas na, 250, 2501 regulação alostérica da, 250 sentido das reações, 250 e secreção de glucagon, 311, 31 1f e secreção de insulina, 308, 3081 esqueletos carbonados dos, 247 catabolismo dos, 260-264, 492-493 essenciais, 259, 264 estrutura d os, 11, 1-5 resumo da, 469 formas d e I, 5, 51 glicogênicos, 115-11 6,259, 2601,263-264 grupo a mino dos, 1, 1f grupo carb oxila dos, 1, 1f hidrofílicos, 18 hidrolóbicos, 18 interações hidrolóbicas de, 4, 19, 191 interações iõnicas em, 19, 191 ligação ao RNA transportador enzimas necessárias para, 433, 4331 sítio, 432, 4321 ligações peptidicas em, 1, 11, 13-14, 141 livres, 1, 11 mapa de conceitos-chave dos, 111 metabolismo dos, 259-274, 2671 ácido fó lico e, 264-265 defeitos no, 266-272, 2671, 2731, 492-493, incidência de, 266, 2661 mapa de conceitos-chave para o, 273f no estado absortivo/alimentado, 3211, 322, 3241, 324-325 na dieta, 243, 259 não-e ssenciais, síntese de, 259, 265-266, 266f, 2731, 492 na síntese p rotéica, 432 na hélice a,


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por volta, 16 ruptura da, 16-17 no estado absortivo/alimentado, 319 no jejum, 327 polares, com carga, na mioglobina, 26 polares sem carga, 31, 4 pontes de hidrogénio nos, 4, 19, 191 pontes dissulfeto em, 4, 18f, 19 propriedades ácido/básicas dos, 5-9 propriedades anfotéricas dos, 8 propriedades ópticas dos, 5, 51 remoção do nitrogénio de, 243, 247-251 , 257f no ciclo da uréia, 251 -253, 2521, 253f, 491492 resumo da, 490-492 resíduos, 14 seqüência de, 13-1 6 análise do DNA de, 15-16 determinação da, 14-15, 151 no colágeno, 45, 451 síntese de novo dos, 243 substituição de, na anemia falciforme, 36, 361 na doença da hemoglobina C, 36f, 38 titulação de, 6f, 6·8, 71, 8f transaminação de, 243, 247-249, 248f, 249f equilíbrio de reações de, 249 transporte para dentro das células, 247 Aminoácidos apoiares, 2f, 2-4 interações hidrofóbicas dos, 2, 19, 19f localização nas proteínas, 2-4, 4f na mioglobina, 26 Aminoácidos polares na mioglobina, 26 sem carga, 3f, 4 Aminoaci/-RNA I-sintetase, 433, 433f, 434 Aminoxidase, 254 Aminopeptidase, 246 Aminotransferase(s), 248-249 em doenças não-hepáticas, 249 especificidade quanto ao substrato, 248 mecanismo de ação, 248-249, 249f nas doenças hepática s, 65, 249, 249f valor diagnóstico das, 2 49-249f Amniocentese, 456, 456f Amónia a partir da ação bacteriana no intestino, 254 a partir da glutamina, 254, 254f a partir de aminas, 254 a partir de aminoácidos, 254 a partir de purinas e pirimidinas, 254 como produto do catabolismo de aminoácidos, 247, 249-250 eliminação como uréia, 251 , 254-256, 255f em doenças hepáticas, 255-256 fontes de, 254 metabolismo da, 243, 254-256, 255f níveis elevados de, 253-256 transporte até o ffgado, 250, 2511 transporte na circulação, 254-255, 255f Amoxicilina, mecanismo de ação, 62 AMP. Veja Monofosfato de adenosina AMPc. Veja Monofosfato de adenosina cíclico Anabólicas, vias, 89, 91 como p rocesso divergente, 91 vs vias catabólicas, 91, 91f Anab olismo, insulina e, 306 Analgésicos, para a anemia falciforme, 37 Anal isador de amin oácidos, 14-1 5, 15f Análise do DNA, 15-16, 445f, 445-468. Veja também Métodos específicos forense, 462 técnicas para, 464f Análogos de ácido fálico, ação de, 372f, 372-373 inibição da diidrofolato-redutase por, 301, 372f, 372-373 inibição da síntese de pur inas por, 292f, 293, 372f, 372, 373 Análogos de nucleosídeos, inibição da síntese de DNA por, 405-406, 406f Andrógenos, 235, 235f secreção de, 237 Andróide ou forma de maçã, 348, 348f Androstenediona, 237 Anel pirimídico, fontes dos átomos para o, 299, 300f Anel púrico, fonte dos átomos para o. 29 1, 2911 Anemia(s)

2,3-bisfosfoglicerato em, 32 crónica, não-esferocítica, na deficiência de G6PD, classe I, 151 deficiência de ácido fálico e, 372f, 372-373, 3731 deficiência de vitamina B,2 e, 372, 372f, 375 falciforme. Veja Anemia falciforme ferropriva, 372, 372f hemolítica, deficiências de enzimas glicolíticas e, 101 na deficiência de G6PD, 149-151 macrocítica, 372, 372f megaloblástica, 372-373, 373f, 374 microcítica, 372, 372f nutricional, 372f, 372-373 classificação por tamanho celular, 372, 372 f perniciosa, 375 Anemia falcifor me, 35-37, 411 como causa de anóxia, 36, 37f eletroforese na, 36, 36f etnicidade e, 35, 35f mutação pontual no gene da J3-globina causando a, 35 polimorfismo de comprimento de fragmen to de restrição na, 456, 457f sondas de DNA e, 451 , 4511, 452f substituição de aminoácidos na HbS e, 36, 36f tratamento, 37 variáveis que aumentam a estrutura falciforme, 36-37 Anemia falciforme, crises na, 35-36, 371 Anemia falciforme, traço de, 36 possíveis vantagens seletivas de, 37, 381 Anemia ferropriva, 372, 372f Anemia hemolítica deficiência de enzimas glicolíticas e, 101 na defi ciência de G6PD, 149-151 Anemia macrocítica, 372, 3721 Anemia megaloblástica, 372-373, 373f, 374 Anemia microcítica, 372, 372f Anemia perniciosa, 375 Anemias nutricionais, 372f, 372-373 classificação segundo o tamanho celular. 372, 372f Anfólitos, 8 Anfotéricas, propriedades, dos aminoácidos, 8 Angiotensina 11, 237 Anidrase carbónica, 30 Anômero, carbono, 84, 85f Anóxia, na anemia falciforme, 36, 37 f Antibióticos, terapia com e deficiência de G6PD, 150-151 para a anemia falciforme, 37 tendo a síntese de ANA como alvo, 418, 4181 tendo a DNA-girase como alvo, 399 Anticódon, 432-433 pareamento antiparalelo com o códon, 434, 4351 Anticorpos marcados, 452 Antiinflamatórios esteroidais, 211-212 Antiinflamatórios não-esteroidais, 212 Antimaláricos e deficiência de G6PD, 150-151 Antioxidante(s), 146-147,375, 382-383,389 Antioxidantes, enzimas que catalisam reações, 146, 1461 Antipiréticos, e deficiência de G6PD, 150-151 a ,-Antitripsina deficiência de, 511 no enlisema, 50 na degradação de elastina, 49-50, 501 nos pulmões, 50, 50f AP-endonuc/eases, 409 Apirimídico, sítio (sitio AP), 409 reconhecimento e reparo, 409 Apoenzima, 54 Apolipoproteína(a), em doenças cardíacas, 234-235 Apolipoproteína(s), 225, 226f classes de, 225 HDL como reservatório de, 232 síntese de, 226, 227f Apolipoproteína B-100, 226, 229 Apolipoproteína B-100/apolipoproteina E, receptores de, 230 Apolipoproteina B-48, 175, 1751, 226 Apolipoproteina C-11, 226-227, 227f, 228f, 229 HDL como reservatório de, 232 Apolipoproteína E, 226, 227f, 2281, 229 HDL como reservatório de, 232 Apoproteínas. Veja Apolipoproteína(s) Apar te dietético recomendado, 356

Aprendizado significativo, 1O Apurínico, sítio, 409 AraA, 406 AraC, 406 Araquidônico, ácido, 180, 180f, 1811 fosfatidilinositol como reservatório de, 202 na síntese de prostaglandinas, 202, 211 -212, 212f, 2131, 2151 Arginase, 2521, 253, 260 Arginina, 2731 cadeia lateral da, 3f, 4 catabolismo da, 260 clivagem da, 2521, 253 como aminoácido não-essencial, 265 como substrato da óxido nitrico-sintase, 148, 149f em histonas, 406 na síntese de creatina, 285, 2851 no ciclo da uréia, 251-253, 252f rompimento da hélice a , 16-17 transporte da, 24 7 Argininossuccinato clivagem do, 251 , 2521 no ciclo da uréia, 251-253, 252f síntese do, 251 , 2521 Argininossuccinato-liase, 2521 ANA, 41 3-428 alongamento do, 416, 416f bases do incomuns, 289-290, 2901, 414, 4141, 423 pirimidicas, 289, 289f, 3031 púricas, 289, 289f, 303f estrutura do, 413-414, 427f, 504 heterogéneo nuclear, 423 informação do DNA para o, 393, 393f, 413 mapa de conceitos-chave para o, 427f mensageiro (ANAm), 393, 413-4 14 codifi cação para a síntese protéica, 433 códons do, 429-430, 430f mutações em, 430f, 431-432 reconhecimento pelo ANAt, 434-435 eucariótico, 414, 415f modificação pós-transcricional do, 423-424, 424f éxons de, corte-junção dos, 424-425, 4251 expansão de repetições trinucleotídicas, 431, 4311 introns do, 424 remoção dos, 424-425, 425f monocistrônico, 435 mutação com alteração do módulo de leitura do, 432, 432f mutação com perda de sentido, 430f, 431 mutação sem sentido, 430f, 431 mutação silenciosa, 430f, 431 mutações no sítio de corte-junção, 425, 432 níveis de, determinação dos. 462-463 padrões alternativos de corte-junção dos, 425, 426f policistrônico, 420, 435 seqüência de nucieotideos do, alteração da, 4301, 431 -432 tradução do, 429f, 429-437 componentes necessários para a, 432-434, 506 passos da, 435-437, 438f-439f regulação da, 437 modificações pós-transcricionais do, 422-425, 505 nuclear pequeno (snANA), 413, 421 -422 pré-r ibossomal, 422 r ibossomal (ANAr), 413-414 , 414f, 433,4341 grande, 421 modificação pós-transcricional do, 422f, 422423 pequeno, 422 síntese do (transcrição), 393, 413, 413f, 427f a partir de óperons bacterianos, 418-420, 4191 como alvo de antibióticos, 418, 418f eucariótico, 420-422 iniciação da, 415-416, 416f palíndromo de DNA e, 417, 417f procariótica, 414-420 regulação negativa da, 418, 419f regulação positiva da, 418-4 19, 419f resumo da, 504-505 terminação da, 4 16-418, 417f transcrito primário na. 41 5, 422-423


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volta em forma de grampo e, 41 7, 4171 transportador (RNAt), 413-414, 414f, 422 anticódon do, 432-433 ligação antiparalela com o códon, 434, 435f bases incomuns do, 414, 4141, 423 como moléculas de adaptação, 433 iniciador, 436, 4361 ligação de aminoácidos a enzimas necessárias para, 433, 433f sítio para, 432, 4321 modificação pós-transcricional do, 423, 423f na síntese protéica, 432-433 pareamento de bases intracadeia no, 414, 414f reconhecimento do códon pelo, 434-435 síntese de, 422 sítios ribossomais de ligação ao, 434 RNA heterogêneo nuclear, 423 RNA iniciador, para a replicação do DNA procariótico, 400, 400f excisão e substituição do, 402-403, 4031 RNA-polimerase, 400, 400f, 413 como alvo de antibióticos, 418, 418f como transcrito primário, 415 desenrolamento do DNA pela, 416, 416f enzima central, 415, 41 5f estrutura da, 41 4 falar de terminação da, 415 fator RHO (p), 415 para reconhecer seqüências nucleotídicas de consenso, 415-416, 416f terminação da transcrição dependente de, 4 16-417, 41 7f holoenzima (fator sigma, unidade sigma), 41 5, 415f mitocondrial, 422 na transcrição em eucariotos, 420-422 nuclear, de células eucarióticas, 421 -422 procariótica, 414-420, 4151 propriedades da, 414-41 5 regulação negativa da, 418, 4191 regulação positiva da, 418-419, 4191 RNA-polimerase /, 421 RNA-polimerase 11, 4211, 421-423 estimuladores para a, 421f, 422, 4221 inibidores para a, 422 promotores para a, 421, 4211 RNA-polimerase III, 422 Arsênico, envenenamento por, 99, 109 Arsenile, 109 Artrite crónica gotosa, 297 das grandes articulações, na alcaptomiria, 272 Ascórbico, ácido, 375, 3901. Veja também Vitamina C Ashkenazi, judeus, doenças dos fosfolipideos nos, 206, 209 Asiáticos, intolerância à lactose nos, 87 Asma, modificadores da ação de leucotrienos para a,212 Asparagina cadeia lateral da, 3f, 4 como sítio de ligação para outros compostos, 4 grupo amino, 4 catabolismo da, 260, 2601 síntese da, 265-266 Asparaginase, 260, 2601 Asparagina-sintetase, 265-266 Aspartato (ácido aspártico) cadeia lateral do, 3f, 4 grupo carboxila na, 4 catabolismo do, 260, 260f como doador de prótons, 4 como fonte de átomos para o anel das pirimidinas, 299, 300f como fonte de átomos para os anéis das purinas, 291 , 2911 como produto do catabolismo de aminoácidos, 247 degradação de proteínas contendo, 245 no ciclo da uréia, 251 -253, 2521 rompimento da hélice a por, 16-1 7 síntese de, 265, 266f Aspartato-aminotransferase (AST), 248, 248f em doenças hepáticas, 249 mecanismo de ação, 248, 249f na icterícia, 283

no infarto do miocárdio, 65 valor diagnóstico da, 249 Aspartato-transcarbamoilase, 300, 3011 Aspirina" como desacoplador, 79 como inibidora da síntese de prostaglandinas, 212 efeito antitrombogênico, 212, 214f terapia com baixas doses de, 2 12 AST. Veja Aspartato-aminotransferase Ataxia, episódica, deficiência da piruvatodesidrogenase e, 109 Aterosclerose, 217, 225, 230 homocisteína e, 261 metabolismo lipídico e, 171 patogênese da, 232, 2331 Aterosclerótica, placa, 232, 2331 Ativadores, na transcrição eucariótica, 422 Atividade física. Veja Exercício Atorvastatina, inibição competitiva de enzimas por, 61 ATP-citrato-sintase, 181, 1811, 184 ATP. Veja Trifosfato de adenosina ATP-sintase (ATPase), 78, 78f ATP-sintase, complexo da, 74, 78 Atractilosídeo, como inibidor do transporte ATPADP, 7g Auto-imune, ataque, no diabetes melito do tipo I, 336,3361 Avidina, 379, 452 AZT (zidovydina), 406 A~, na doença de Alzheimer, 21

8 B-DNA, 396, 397f - Baço, degradação do heme no, 280, 280f Bacteriólago lambda (À), como vetor de clonagem, 447 Balanço do nitrogênio, 366 Barreira energética, nas reações, 55 Barreira hemato-encefálica, 325 Barril p, motivo protéico, 18f Basal, membrana, colágeno na, 44, 44f Bases, excisão e reparo, no DNA, 409, 409f Bases, reação de troca de, na síntese da fosfatidilserina, 202 Bases nitrogenadas, nos nucleotídeos, 28gf, 289290 Básicos, aminoácidos, 3f, 4-5 Beribéri, 377 Bibliotecas de DNA, 447-449, 449f Bibliotecas genômicas, 447-449 Bicarbonato, sistema tampão, equação de Henderson-Hasselbalch para o, 8, 9f Bile, excreção de bilirrubina na, 280, 280f, 281 f Biliar, dueto, obstrução do, e icterícia, 282 Bilirrubina captação pelo fígado, 280, 280f, 2811 concentração de, determinação da, 283 conjugada, 280, 280f, 2811, 283 drogas que deslocam a, 280 em doenças hepáticas, 249, 249f excreção na b ile, 280, 280f, 2811 formação de, 280, 2801 metabolismo da, 280, 280f, 281f não-conjugada, 283 níveis elevados, na icterícia, 281-283 reagente di reta, 283 reagente indireta, 283 transporte da, 280 Bilirrubina, diglicuronato, formação de, 280, 280f, 281 f Bifirrubina-glicuroniltransferase, 280, 280f, 282f, 283, 283f deficiência de, 283 Biliverdina, 280, 280f Biocitina, 116 Bioenergética, 69-82 resumo da, 474-475 Biologia molecular, dogma central da, 393, 393f Biotecnologia, 445-468 resumo da, 507-508 Biotina, 379, 390f-391 f como coenzima, 379, 379f, 442f na carboxilação de acetii-CoA, 181 na carboxilação de propionii-CoA, 191, 193f na carboxilação do piruvato, 103, 11 6 no transporte de ácido carbónico, 265 deficiência de, 3911 em sondas de DNA, 451-452

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estrutura da, 379 , 3791 ingestão dietética de referência para a, 3561 1,3-Bislosloglicerato, síntese de, 99, 99f 2,3-Bisfosfoglicerato e afinidade da hemoglobina por oxigênio, 29, 3132, 32f e anemia fa lciforme, 37 em sangue transfundido, 32 hemo globina depletada de, 32, 321 ligação à desoxiemoglobina, 3 1, 311 ligação da hemoglobina fetal ao, 33 na anemia, 32 na hipóxia, 32, 32f síntese de, 31 , 31 I em e ritrócitos, 99-100 sitio de ligação ao, 31, 31f Bisfosfoglicerato-mutase, 99, 99f Bomba de prótons, 77-78, 78f Boro, Ingestão Dietética de Referência para, 356f

c C-Procolágeno-peptidases, 46f, 47f, 47 CAAT caixa, 421 , 4211 Cadeia ramificada, ácidos graxo s de, 193, 193f Cadeia ramificada, a minoácidos de catabolismo de, 264 degradação de, capacidade hepática limitada para, 322 descarboxilação oxidativa dos, 264 desidrogenação dos, 264 no estado absortivo/alime ntado, 322, 324f, 325 transaminação dos, 264 Cadeia ramificada, aminotransferase dos aaminoácidos de, 264 Cadeia ramificada, complexo da desidrogenase dos a -cetoácidos de, 264 deficiência de, 2671, 270-271 Cadeia ramificada, desidrogenase dos a -cetoácidos de, no envenenamento por arsênico, 109 Cadeia respiratória, 74 Cadeias laterais de aminoácidos, 11, 1-5, 21-31 acidicas, 3f, 4 apoiares, 21, 2-4, 19, 19f básicas, 3f, 4-5 como sítios de ligação para outros compostos, 4 hidrofílicas, 18 hidrofóbicas, 18 interações hidrofóbicas nas, 4, 19, 19f interações iónicas nas, 19, 19f ligações dissulfeto, 4 polares sem carga, 31, 4 pontes de hidrogênio nas, 4, 19, 19f de porfirinas, 275 distribuição de, 276, 276f Cadeia transportadora de elétrons, 73-77, 475 acoplada ao transporte de prótons, 77-78, 78f acoplada fortemente à fosforilação oxidativa, 76, 78 citocromos na, 74, 75f, 75-76 coenzima na, 74-75, 75f formação de NADH e, 74-75, 75f fosforilação do ATP na, 77-80 in ibidores de s ítios específicos, 76, 7 61 liberação de energia livre durante a, 76-77 NADH desidrogenase na, 75, 751 organização da, 74, 75f reações da, 74-76, 75f, 76f CAG, amplificação do códon, 431 , 4311 Cálcio como ativador da degradação de glicogênio, 130, 130f, 1311 da isocitrato-desidrogenase, 11 O da proteína-fosfatase, 109-1 1O e ação no músculo, 130, 130f, 1311 e a vitamina D, 384, 386, 3861, 387 ingestão dietética de referência para, 356f na síntese de óxido nítrico, 148, 149f regulação pela calmodulina. 130, 130f, 1311 Cálcio/fosfatidilinositol, sistema, 92 Cálculos b iliares, 224, 224f Cálculos biliares de colesterol, 224, 224f Calmodulina e ação do cálcio, 130, 130f, 131f na síntese de óxido nítrico, 148, 149f Calor, p rodução de, no tecido adiposo marrom, 79 Calóricas, necessidades, 356-357

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Camundongos, nocaute, 465 Câncer defeitos no reparo de DNA e, 409 dieta e, 359f, 367f, 367 luz ultravioleta e, 408-409 obesidade e, 352, 352f tratamento do análogos de nucleosídeos no, 406 visando a DNA-topoisomerase, 399 vitamina E e, 389 Câncer de colo dieta e, 367, 367f hereditário nâo-polipóide, 408 obesidade e, 352f Câncer de colo hereditário não-polipóide (HNPCC), 408 Captopril, mecanismo de ação, 62 Carbamato, 32 Carbamino-hemoglobina, 32 Carbamoil-fosfato, síntese de, 299-300, 301 f Carbamoil-fosfato-sintetase I, 251, 252f, 253f deficiência de, 256f vs. CPS 11, 300, 300f Carbamoil-fosfato-sintetase 11, 25 1, 252f, 299-300, 301! vs. CPS I, 300, 300f Carboidrato(s), 83-88 classificação dos, 83-85, 475 com grupo aldeído (aldoses), 83, 83f com grupo carbonila livre, 83 com grupo cetona (cetoses), 83, 83f como componentes estruturais, 83 complexos, 84-85 digestão dos, 85-87, 475-476 na boca, 85 , 86f no intestino delgado, 85-87, 86f por enzimas pancreáticas, 85, 86f por enzimas sintetizadas por células da mucosa intestinal, 86, 87f estrutura dos, 83-85, 4 75 funções dos, 83 isõmeros e epimeros, 83-84, 84f ligações glicosídicas com compostos nãoglicidicos, 84-85, 85f ligações glicosídicas entre, 83, 84f metabolismo dos glucagon e, 311-312 insulina e, 308 no estado absortivo/alimentad o, cerebral, 3 25, 325f hepático, 320-321, 321f no músculo esquelético, 324, 324f no tecido adiposo, 323, 323f no jejum hepático, 328, 328f, 329f no músculo esquelético em repouso, 330 no tecido adiposo, 329, 330f na dieta, 355, 355f, 363-365, 369 f, 500 classi ficação dos, 363, 364 conteúdo energético dos, 357, 357f e feito de poupança de proteínas pelos, 366 necessidade de, 364 variações aceitáveis na distr ibuição dos, 358, 358f nas glicoproteínas, 163-164 nos glicoesfingolipideos, 206 nos glicosaminoglicanos, síntese dos, 160, 161! resumo de, 475-476 simples, fórmula empírica para, 83 Carbonados, esqueletos, dos aminoácidos, 243, 247 catabolismo dos, 260-264, 492-493 Carboxiemoglobina (HbCO), 32 y-Carboxiglutamato, 44 1, 4421 e coagulação sangüínea, 387, 3881 formação do, 387, 387f Carboxila, grupo, 1, 1f adição a proteínas, 441 , 442f dissociação do, 6-7 ligação peptídica a um grupo amino, 13-14, 14f Carboxilação da acetii-CoA, 181-182, 182f da propionii-CoA, 191, 1931 de proteínas, 441 , 442f do glutamato, 387, 387f do piruvato, 103, 104f, 116-1 17, 117f produção de NADPH na, 184, 184f

Carboxilato, grupo, nas cadeias laterais dos aminoácidos, 4 Cardíaco, ataque. Veja l nfarto do miocárdio Cardiolipina, 200, 200f síntese de, 204 Cardiovascular, doença, homocisteína na, 261, 263, 363 Cariotipagem, 456 Carnitina deficiências de, 189-190 congénitas, 189-190 secundárias, 189 fontes de, 189 funções da, 189 na oxidação de ácidos graxos, 188-190, 189f Carnitina-acilcarnitina-transferase, 188 Carnitina-aciltransferase I. Veja Carnitinapalmitoiltransferase I Camitina-palmitoiltransferase I (CPT-1), 188, 189f deficiência de, 189-190 Carnitina-palmitoiltransferase 11 (CPT-11), 188, 189f deficiência de, 190 ~-carote no, 380 como antioxidante, 146-147, 38 2-383 e prevenção de doenças crônicas, 382-383 e risco de câncer, 3 67 para porfirias, 278 suplementação de, 389 Catabolismo, vias do, 89-91, 243 como um processo convergente, 91 conversão de blocos constitutivos em intermediários simples, 91, 91 f estágios do, 89-91, 91f hidrólise de moléculas complexas no, 91 , 91 f oxidação de acetii-CoA no, 91, 91f vs. vias anabólicas, 91, 91f Catabolismo. Vej a também substân cias especifi cas dos aminoácidos, 2 43, 247-251 , 259-264, 273f resumo do, 492-493 durante o jejum, 327 Cata/ase, 146, 148, 193 grupo heme da, 25, 275 Catalisadores protéicos, 54. Veja também Enzimas Catálise ácido-básica, geral, 56 Catarata, no diabetes melito, 138, 344 Cateco/-0 -metiltransferase, 284, 284f Catecolamina(s), 283, 284 degradação das, 284, 2841 funções das, 283 na integração do metabolismo, 305 síntese das, 284, 284f Cauda poli-A, do ANA mensagei ro, 414, 415f, 424, 4241 CDP, na síntese de fosfolipideos, 20 1, 201 f CDP-colina, 201, 2011 CDP-etanolamina, 201 , 201! Celalosporinas, segunda geração, vitamina K administrada com, 388 Cefamandol, vitamina K administrada com, 388 Cefoperazona, vitamina K administrada com , 388 Cegue1ra, vitamina A e, 3811, 382 Cegueira noturna, 3811, 382 Celecoxibe, 212 Célula(s) comunicação entre, 92, 92f senescência em, telomerase e, 405, 405f sinais dentro das, 92 Células espumosas, 232, 233f Células a , secreção de glucagon por, 307, 3 11 , 3111 Células B destruição, no diabetes melito do tipo I, 336, 3361 foslorilação da glicose em, 96 perda de função, no diabetes melito do tipo 11 , 3 40, 3401, 342, 342f secreção de insulina por, 305-308, 3061, 3081 Centro ferro-enxofre, da NADH-desidrogenase, 75, 75f Ceramida(s) clivagem das, 205, 2061 monossacarídeos, 207 na esfingomielina, 200, 204-205, 205f na transmissão de sinal, 205-206 nos glicoesfingolipídeos, 206-207 oligossacarídeos, 207 Ceramidase, 205, 206f Cerebrosídeos, 207, 207f a-Cetoácido(s) como precursores gliconeogênicos, 115-1 16

como produtos da desaminação oxidativa, 249250 como produtos da transaminação, 248-249 no catabolismo dos aminoácidos, 243 síntese de aminoácidos não-essenciais a partir de, 265, 266f Cetoacidose diabética, 195, 195f, 337,3371 vs. jejum, 338 3 -Cetoacii-ACP-redutase, 182 3-Cetoacii-ACP-sintase, 182 3 -Cetoacii-CoA, 190f a-Cetobutira to conversã o de homocisteina em, 262-263, 266 desidratação da treonina em, 263 Cetoexocinase. Veja Frutocinase Cetogênica, dieta, para deficiência da piruvatodesidrogenase, 109 Cetogênicos, aminoácidos, 259-260, 260f, 263-264 u-Cetoglutarato descarboxilação oxidativa do, 11O. 11 Of tiamina e, 376-377, 377f formação do, 109f, 109-11 O no catabolismo de aminoácidos, 2481,/248250, 2501, 259-260, 2611 na gliconeogênese, 116 no ciclo do ácido cítrico, 109-11O a-Cetoglutarato-desidrogenase, complexo da, 110, 1101, 1 11 no envenenamento por arsénico, 109 tiamina-pirofosfato como coenzima para, 11 0, 376, 37 6f, 3771 Cetonemia, 195 Cetonúria, 195 Cetoses, 83, 83f Chaperonas, no dobramento protéico, 20 Chargaff, regras de, para o DNA, 395 Chave grega, motivo pro téico, 18f Chumbo, inibição não-competitiva de enzimas por, 61-62 Cianocobalamina, 373, 374f Cianose, chocolate, em metemoglobinemia s, 38 Cianose chocolate, em metemoglobinemias, 38 Ciclo celular eucariótico, 404, 404f Ciclo celular eucariótico, 404, 404f Ciclo da glicose-alanina, 250, 2511 Ciclo da uréia, 243, 243f, 251-253, 260, 491-492 deficiência no, 256, 256f eliminação de amônia pelo, 25 1, 254-256 estequiometr ia geral do, 253, 253t reações do, 25 1-252, 2521 regulação do, 253, 253f Ciclo de Cori, 116, 11 6f Ciclo do ácido cítrico, 91, 107f, 107-1 14 como via aeróbica, 107 função do, 107, 1131 intermediários do, produzidos pelo catabolismo de aminoácidos, 259 mapa de conceitos-chave para, 1131 na produção de ATP, 107, 111, 1111, 1121 passos limitantes da velocidade, 11 O produção de energia pelo, 1 11 f, 11 1 reações do, 107-111 , 112f regulação do, 111-112, 1131 por ativação e inibição de atividades enzimáticas, 111 por disponibilidade de ADP, 111-112 resumo do, 477-478 Ciclo dos ácidos tricarboxílicos. Veja Ciclo do ácido cítrico Ciclo antero-hepático do urobilinogénio, 280, 2811 Ciclo jejum/alimentado, 319-334 . Veja também Jejum, Estado alimentado mapa de conceitos-chave para, 3331 resumo do, 497 Cicloxigenase-1 e -2, 211-212, 2121, 213f inibição da, 21 1-212, 2141 Cicloxigenase dos ácidos graxas (COX), 2 11, 212f 5'Monofosfato de orotidina (OMP), 300, 301f Cintura, obesidade na, 348, 348f Ciprofloxacina, 399 Circulação entero-hepática, 223, 224f Cirrose icterícia na, 282-283 níveis da amônia na, 256 Cistationina, 262-263 Cistationina-sintase, deficiência de, 267f, 271, 271f Cistationinúria, 2671 Cisteína


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cadeias laterais da, 3!, 4 catabolismo da. 261 grupo sulfidrila na, 4, 18!, 19 pontes dissulfeto da, 4, 18!, 19 síntese de, 261, 262!, 262-263, 266 Cistina. catabolismo da, 261 pontes dissulfeto na, 4. 18!. 19 transporte da. 247 Cistinúria, 247, 247! Citidina, 290, 290f via de salvação da. 301-302 Citidina difosfato (CDP) colina ligada a (CDP-colina). 201. 2011 etanolamina ligada a (CDP-etanolamina) . 201. 2011 Citidina difosfato (CDP), na síntese de fosfolipídeos, 201' 2011 Citidina-sintetase, 300, 301 f Citocromo a + a3 , na cadeia transportadora de elétrons, 75!, 76 Citocromo b, na cadeia transportadora de e létrons. 75, 75f Citocromo c, 25f na cadeia transportadora de elétrons, 74-75, 75f Citocromo-oxidase. Veja Citocromo a + a3 Citocromo P450-monoxigenase. sistema do, 147, 147f microssomal. 147 drogas que afetam o. 277 mitocondrial. 147 Citocromos grupo heme dos. 25. 25f, 275 na cadeia transportadora de elétrons. 74, 75f, 75-76 Citoplasma, síntese de colesterol no, 218 Citosina, 289, 289!, 3031, 394, 3941 dano e reparo. 409. 409! nos códons/código genético, 429, 430f pareamento com a guanina, 395, 395f, 396f Citosina arabinosídeo (citarabina, araC), 406 Citosol síntese de colesterol, 218 síntese de porfirinas no. 276 transferência de acetii-CoA para o, 181, 181f transporte de oxalacetato para o, 117, 117! Citrato inibição da fosfofrutocinase pelo, 63, 97, 11 O isomerização do. 109!, 11 O na síntese de ácidos graxas, 181 síntese de, a partir de acetii-CoA e oxalacetato, 109!, 109-110, 181 translocação da mitocôndria para o citosol, 181 Citrato-sintase, 109!, 109-111 Citrulina na síntese de óxido nítrico, 148, 1491 no ciclo da u ré ia, 251 , 252f CK. Veja creatina-cinase Clatrina, na endocitose. 230, 2311 Clindamicina, 439! Clonagem, DNA, 445, 445!, 446-450. 4481 bibliotecas de, 447-449, 449! seqüenciamento de fragmentos na, 449-450. 450! vs. reação em cadeia da polimerase. 461 Clonagem do;DNA. 445, 445!, 446-450, 448! bibliotecas de, 447-449, 449! seqüenciamento de fragmentos na, 449-450. 450! vetores para. 447, 447! expressão, 449, 449! vs. reação em cadeia da polimerase. 461 Cloranfenicol. 438! Coagulação. vitamina K e, 387-388, 388! Coagulação sangüíne a, prostaglandinas e, 212 Coagulação sangüínea, vitamina K e, 387-388, 3881 Cobalamina, 373-375. Veja também Vitamina B 12 Cobre, ingestão dietética de referência para o, 356! Código genético, 4 29-432, 505-506 características do, 430-431 degenerado, 431 especificidade do, 430 para a tradução de códons, 429, 430f redundância do, 431 sem sobreposições e contínuo, 431 universalidade do. 430 Códon de iniciação, 436, 436f Códons, 429-430, 430!

iniciação, 436, 436f mutações em, 430f, 431-432 pareamento antiparalelo com o anticódon, 434, 435! reconhecimento por ANA transportador, 434-435 terminação (sem sentido), 430, 430f. 431 . 439f tradução de, 429, 430f Coeficientes de sedimentação, dos ribossomos, 433 Coenzima(s), 54. Veja também coenzimas específicas na desaminação oxidativa dos aminoácidos, 250, 250f Coenzima A, 54. 379. 3 79f, 390! na descarboxilação oxidativa, de aminoácidos de cadeia ramificada, 264 do piruvato, 108, 108! do a -cetoglutarato, 11O, 11 Of na síntese de esfingomie lina, 204 Coenzima Q , na cadeia transportadora de elétrons, 74-75, 75f Co-latores, para enzimas, 54 Colagenases, 48 Colágeno, 43-49, 472 associação de fibrilas no, 44, 44f biossíntese de, 45-4 7, 46!-4 71, 51 f cadeias a. do, 43!, 43-44 pre cursores de (pró-cadeias a.), 45, 46f degradação do, 48 doenças do. 48-49, 51! estrutura do, 4. 43, 43f, 45, 51! formação de fibrilas, 44, 4 4f fo rmação de redes no, 44, 44f. 45f formação e secreção de, 47 função do, 1 glicosilação no, 45. 46f, 4 7 hidroxilação no. 45, 45f, 46f, 47 hidroxilisina no, 45. 45f. 46f hidroxiprolina no, 45, 45f ligações cruzadas no, 45, 48. 48f mapa de conceito s-chave para, 511 modificações pós-traducionais, 45 papéis estruturais, 43 precursores polipeptídicos. 45-4 7 propriedades mecânicas do, 43 seqüência de aminoácidos no, 45, 45f seqüência sinalizadora para, 45 tipo I, 43-44, 44f tipo lt, 43-44. 44f tipo II I, 44, 44f mutações e síndrome de Ehlers-Da nlos. 48 tipo IV. 44, 44f. 45f tipo IX, 44, 44f tipos de, 43-44, 44f tipo VIl, 44, 44f tipo XII . 44, 44f tripla hélice do. 43f, 45, 46f vitamina C e, 47, 471, 375 Colágeno formador de redes. 44, 441, 45f Colchicina, para a gota, 299 Colecalcife rol. 384, 384! Colecistectomia laparoscópica, 224 Colecistocinina (CCK). 174. 174!, 246 e obesidade, 3501, 351 Colelitíase, 224, 224f Colestanol. 222 Colesterol, 217-222 absorção por células da mucosa intestinal , 174 como composto hidrofóbico. 217 como precursor da vitamina D, 217 como precursor de ácidos biliares, 217 conversão a pregnenolona, 235, 236f degradação do, 222. 488 deposição de (placas), 217, 225 e doença cardíaca coronariana, 358·359, 359!, 362, 362! em lipoproteínas no plasma, 217 endocitose do, 230-231 , 2311 efeitos sobre a homeostase celular, 230-231 esterificação do, 232, 232!, 232-231 estrutura do, 217-218, 218f, 488 excreção do. 222, 223 funções do, 217 mapa de conceitos-chave para o, 241 f metabolismo do, 171 -178, 217-222 na dieta. 217. 362, 362f na obesidade, 351 não-esterificado, captação pela HDL, 232. 234!

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na síntese de hormônios esteróides, 147, 2351, 235-236 nas lipoprotei nas, 217, 225, 226f, 230! de alta densidade, 230! de baixa d ensidade, 229-232, 230f de muito baixa densidad e. 230! no plasma, 218 regulação hepática do. 217, 2171 resumo do. 488-490 síntese de novo do. 2 17 síntese do, 218 -222, 241f, 488 passo limitante da velocidade, 218-219. 2 19! regulação da, 220-222, 2211 terapia para redução dos n íveis de. 6 1. 611. 218, 222, 2221, 378 efeitos benéficos da. 359 transporte reverso do, 234 Colesterol, complexo enz imático de clivagem da cadeia lateral do (desmolase), 235, 236! Colesterol-7-u-hidroxilase, 222 Colesterol-ester-hidrolase (colesterol -esterase), 173 Colestiramina, 223 Colina como nutriente essencial na dieta. 201 ingestão dietética de refe rência para a, 356f nos fosfolipideos, 1991, 200-202, 2021 reutilização da, significância da, 201 Colipase, 173 Compartimentalização, de enzimas, 54, 55 Compar timento de desligamento do receptor e ligante, 230 Complementar, b ibliotecas de DNA (DNAc). 447449, 449! Complexo covalente enzima-substrato. 56 Complexo pré -iniciador, para a replicação d o DNA, 397, 400 Complexos DNA-proteínas, 393 Compostos n itrogenad os, a minoácidos como precursores de. 275, 275! Concentração de substrato e velocidade da reação, 57, 57f equação de Michaelis-Menten para a. 58-59, 59! no estado absortivo/a limentado, 319, 319! no jejum. 32 7 Condroblastos. precursores do colágeno fo rmados nos, 45 Condroitin sulfatos, 157! degrad ação, 160-161 sín tese. 1611 Conformação nativa, de p roteínas, 22, 23! Conjunto de aminoácidos, 243-244, 244!, 257! Constante de dissociação do grupo amino (K2), 7 do grupo carboxila (K1), 7 Constante de equilíbrio (i<,.,), relação com variação0 padrão de energia livre (liG ) , 71 -72 Consumo calórico, 363, 363! Total, em adultos. 347, 347! Coope ratividad e. de sítios de ligação enzimáticos, 62-63 Coproporfiria hereditá ria, 278 Coproporfirina, 275 Coproporfirinogênio-oxidase, deficiência de, 2791 Coprostanol, 222 Coração. Veja também Músculo cardíaco consumo de lactato no, 101 Córnea, colágeno na, 43 Corpos cetônicos 193-195, 260. 485-486 glucagon e, 312 no jejum, 328-331 , 3291, 3301, 3311 produção excessiva. no diabetes melito, 195, 195! síntese pelo fígado, 194, 194f, 1951 utilização pelo encéfalo dos, 193, 325, 330-331 , 3311 utilização pe los tecidos periféricos, 193-194, 195! Corte-junção. mutações no sitio de. do RNAm. 425, 432 Córtex adrenal, síntese do colesterol no, 218 Corticosteróides. 235, 2351 Corticosteróides, globulina ligadora de, 235 Cortisol, 235, 2351 inibição da síntese de prostaglandinas por, 211212 na h ipoglicemia, 313f, 313-314 secreção de, 237 síntese de, 2 361


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Creatina, 285 degradação da, 285 s íntese da, 285, 285f Creatina-cinase (CK), 285 estrutura quaternária da, 65 no infarto do miocárdio, 651, 65-66, 66f, 285 Creatina-fosfato, 285, 285f C reatinina, 285, 285f Crescimento, vitamina A e, 380 Cristas, da mitocôndria, 74 Cromatina, 396, 420-422 condensada (heterocromatina), 420 estrutu ra da, 420 expressão gênica, 420 relaxada (eucromatina), 420 remodelamento, 420 Cromo, ingestão dietética de referência para o , 356f Cromossomo(s) . 406, 420 Cromossomo 1 1, genes de g lobina no, 341, 3 5 Cromossomo 16, genes de g lobina no, 34, 34f Cromossomos artificiais de levedu ras (YAC), como vetores de clonagem, 447

D o-Aminoácidoxidase, 250 o -galactosamina, nos glicosaminoglicanos, 155, 155f o-glicosamina, nos glicosaminoglicanos, 155, 155f o- hexoses, nos oligossacarídeos, 163 o-metilmalonii-CoA, síntese da, 191 , 193f o-Xilulose-5-fosfato, 159 Dactinomicina, 418 Débito de oxigênio, na acidose táctica, 102 deficiência de, 236f Deficiência de lipase lipoprotéica familiar, 176, 226-227 Der matan sulfato, 157f degradação do, 160-161 deficiência na, 161, 162f Desacopladoras, proteínas (UCP). 78-79 Desaminação, oxidativa coenzimas na, 250, 250f de aminoácidos, 243, 249-250, 250f regu lação alostérica, 250 sentido das reações, 250 Desaminação oxidativa coenzimas na, 250, 250f de aminoácidos, 243, 249-250, 250f regulação alostérica da, 250 sentido das reações, 250 Descarboxilação da h istidina, 285, 286f do isocitrato, 109f, 100 do oxatacetato citosólico, 11 7f, 11 7-118 oxidativa do piruvato, 94, 103, 1041, 107-109, 108f tiamina e, 376-377, 377f de aminoácidos de cadeia ramificada, 264 do o:-cetoglutarato, 11 O, 11 Of tiamina e, 376-377, 377f Descarboxilação oxidativa do piruvato, 94, 103, 104f, 107-109, 108f tiamina e, 376-377, 377f de aminoácidos de cadeia ramificada, 264 do u-cetoglutarato, 1 1O, 11 Of tiamina e, 376-377, 377f Desfavoráveis, processos, 72, 72f Desfosforilação da acetii-CoA-carboxilase, 181 da fr utose-1,6-bisfosfato, 118, 118f da glicose-6-fosfato, 1 19, 119f da hidroximetilgl utarii-CoA (HMG-CoA) redutase, 221' 2211 da piruvato-cinase, 100 de enzimas, 63 de proteínas, 93 7-Desidroco/esterol-7-redutase, deficiência de, 219-220 Desidroepiandrosterona, 237 Desmolase, 235, 2361 Desmosina, ligações cruzadas, na elastina, 49, 49f Desnaturação de enzimas pH e , 57 temperatu ra e, 57 de proteínas, 21, 470 agentes para a, 2 1 reversibilidade da, 21

do DNA, 395 na reação em cadeia da polimerase, 461 Desnutrição calórico-protéica, 366-367, 367f 5'-Desoxiadenosilcobalamina, 373, 374f Desoxiadenosilcobalamína, 192, 193f, 390f Desoxiadenosina, 290, 290f Desoxicitidina, via de salvação da, 301-302 7-Desoxicolesterol, 384, 384f Desoxirribonucleases, 296, 394 Desoxirribonucleosídeo-fosfato. Veja Nucleotídeo(s) Desoxirribonucleosídeos, 290, 290f Desoxirribonucleosídeos, síntese de, 295f, 295-296, 495 regulação da, 296, 296f 2-De soxirribose, 290, 290f Desoxirribose-fosfato, esqueleto de, no DNA, 3941, 394 -395, 3951 ziguezague do, 396, 397f Desoxirribose-fos fato-liase, 4 09 Desoxitimidina, 290 "Desramificação, enzima de", 126 Destoxificação, no sistema citocromo P450monoxigenase, 147 Dextrinas-limite, 127, 1281 Diabetes melito, 335-346 efeitos crónicos e prevenção de, 343-344 hemoglobina A,c e, 34, 338f, 339, 344 metabolismo do sorbitol e, 138, 344 nutrição e, 359f resumo de, 497-498 tipo 1 (dependente de insulina), 335, 336-339, 497-498 alterações metabólicas na, 337f, 337-338 ataque auto-imune na, 336, 336f determinante genético para, 336, 336f diagnóstico de, 336 estímulo ambiental para, 336, 336f relações entre tecidos, 337f tratamento de, 338f, 338-339 vs. jejum, 338 tipo 1 vs. tipo 2, 335f tipo 2 (não -de pendente de insulina), 335, 498 alteranções metabólicas no, 34 2, 3431 em cria nças, 335 exercício e risco de, 344, 344f fatores genéticos no, 340 incidência e p revalência de, 335 obesidade e, 335, 340, 344, 344f, 352, 352f progressão dos níveis de glicose e insulina no, 340, 3411 progressão típica do, 342, 342f tratamento do, 343 Diacitglicerol ' na síntese de fosfolipídeos, 201, 201 f na transmissão de sinal, 203, 203f Diacilglicerolaciltransferase, 174, 1751 d iagnóstico de, 87 Diagnóstico pré-natal, 455-459 fontes de DNA para , 456, 456f métodos disponfveis, 455-456 Diarréia osmótica, degradação anormal de d issacarídeos e, 86 Diarréia osmótica, degradação anormal de dissacarídeos e, 86 Dicumarol, 387 2 '3'- Didesoxiinosina (ddl), 405-406 Dieta, para redução de peso, 352 Dieta . Veja Nutrição Dieta com restrição de fenilalanina, para a le nilcetonúria, 269-270, 270f Dieta mediterrânea, 359-360, 3601 Difosfato de Adenosina (ADP), 73 isocitrato-desidrogenase, ativação pelo, 11 o na regulação do ciclo do ácido cítrico, 111-1 12, 112f na síntese de ATP, 73-74, 77-80, 781 no ciclo da uréia, 253 transporte de, para a membrana mitocondrial interna, 79 Difoslato de uridina (UDP) Digestão parcial, por endonucleases de restrição, 449 Diidrobiopterina, 266 Diidrofolato-redutase, 265 inibição da, 292f, 293, 301, 3721, 372-373 Diidrolipoil-desidrogenase, 108, 108f Diidrolipoil-transacetilase, 108, 1081 Diidro-orotase, 300, 301f

Diidro-orotato-desidrogenase, 300, 301f Diidropteridina (BH2) redutase, na fenilcetonúria, 268, 2681 Diidropteridina (BH,) sintase, na lenilcetonúria, 268, 2681 Diidroxiacetona, 83, 83f Diidroxiacetona-fosfato, 186, 1861, 188 isomerização da, 99 no metabolismo da lrutose, 136, 1361, 137f 1 ,25-Diidroxicolecalciferol, 384, 3901 formação do, 384, 385f função do, 385f, 386 3,4-Diidroxilenilalanina (DOPA), 284, 2841 Dímeros de pirimidinas, 408-409, 408f Díme ros protéicos, 20 3 ,3-Dimetilalilpirofosfato (DPP), 219, 220f 2 ,4-Dinit rofenol, como desacoplador, 78f, 79f Dióxido de carbono adição de. Veja Carboxilação como fonte de átomos para o anel das pirimidinas, 299, 300f / como fonte de átomos para os anéis das purinas, 291, 291f concentração de, e afinidade da hemoglobina pelo oxigénio, 30 ligação de, e afinidade da hemoglobina pelo oxigénio, 32, 32f na via das pentoses-fosfato, 143-144 pressão parcial de, PC02 produção no ciclo do ácido cítrico, 111 remoção do. Veja Descarboxilação Dipalmitoil-lecitina, 202, 205 Dipalmitoillosfatidilcolina (DPPC), 202, 205 Dipeptídeos, absorção de, 246 Dipolar, forma, do aminoácido, 7 , 7f Disbetalipoproteinemia familiar, 176, 229 Dislipidemia. Veja também Hiperlipidemia/ h iperlipoproteinemia obesidade e, 351 Dissacarídeos, 83, 84f degradação anormal de, 86-87 metabolismo d os, 135-142 resumo d o, 480-481 na dieta, 363 nos glicosaminoglicanos, 155, 155f Dissociação do oxigénio, curva de, para a hemoglobina, 28-29, 29f 2 ,3-bisfosfoglicerato e, 31, 32f forma sigmóide da, significado da, 30 para a mioglobina, 28-29, 29f Dissulfiram, 315 Distrofia miotõnica, 431 , 4311 Doadores de elétrons, 73, 76 Doadores de prótons, aminoácidos como, 4 Dobraduras ~. 17, 18f na mioglobina, 26 Doença arterial coronariana (DAC), 217 homocisteina na, 263 Doença cardíaca colesterol plasmático e, 358-359, 359f consumo de álcool e, 362 gorduras da dieta e, 358-363 isoenzimas e, 65f, 65-66, 66f lipop roteínas e, 234-235 proteína da soja e, 362 t riacilgliceróis e, 359-362 Doença cardíaca coronariana colesterol plasmático e, 358-359, 359f consumo de álcool e, 362 gorduras da dieta e, 358-363 proteína de soja e, 362 tr iacilgliceróis e, 359-362 Doença da célula I, 167, 167f Doença da hemoglobina C, 35, 36f, 38, 41 f Doença da hemoglobina H, 39, 39f Doença da hemoglobina S. Veja Anemia falciforme Doença da hemoglobina SC, 38, 41 f Doença da imunodeficiência combinada grave (ICG, ou SCID), 298f, 299, 299f ligada ao X, 464 terapia gênica para a, 299, 464-465, 465f Doença da vaca louca, 22 Doença de Creutzfeldt-Jakob, 22 Doença de Darier, ácido retinóico e, 382 Doença de Fabri, 209, 210f Doença de Farber, 21 Of Doença de Gaucher, 209, 209f, 210f Doença de Huntington, 431, 431 f


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Doença de Krabbe, 2101 Doença de Niemann-Pick, 206, 2061, 209, 2101 do tipo A. 206, 209 do tipo B, 206. 209 do tipo C, 230 Doença de olho de peixe, 233 Doença de Pompe, 127, 1281 Doença de Refsum, 193 Doença de Sandhoff, 2101 Doença de Tay-Sachs, 209, 2101 Doença de Von Gierke, 119, 1291, 299 Doença de Wolman, 230 Doença do Príon, 22, 221 Doença do xarope de bordo, 264, 2671, 270-271 classificação de, 270-271 forma que responde à tiamina, 271 formas intermediárias e intermitentes de, 271 tipo clássico, 270-271 tratamento da, 271 Doença pulmonar obstrutiva crónica, nutrição e, 3591 Doenças do armazenamento de glicoproteínas, 168 Doenças do armazenamento do glicogênio, 124, 127, 132 tipo la (doença de Von Gierke), 119, 1291 tipo lb, 1291 tipo 11 (doença de Pompe), 127, 1281 tipo V (síndrome de McArdle), 1281 Doença vascular, homocisteína na, 261, 263, 2631, 363 Dolicot, 165 Dolicol, oligossacarídeos unidos ao, 165 síntese de, 165, 1661 Domínios, de polipeptídeos, 18-19 Dopamina, 283-284 síntese de, 284, 2841 Oopaminaf>-hidroxilase, 284, 2841 Duodeno, emulsificação de lipídeos da dieta no, 172f, 172-173 Dupla hélice, do DNA, 393, 395f, 395-396 antiparalela, 395, 3951 eixo de simetria para a, 395, 395f, 446 forma A da, 396 forma B da, 396, 3971 formas estruturais da, 396, 3971 forma Z da, 396, 3971 natureza complementar da, 395 pareamento de bases na. 395, 3951 perda da configuração, na transcrição em eucariotos, 420 regras de Chargaff para, 395 separação das fitas na, 395, 3961 sulco maior da, 395, 3951 sulco menor da, 395, 3951 Duplos recíprocos, gráfico dos, da ação enzimática, 591, 59·60

E ECA. Veja Enzima conversara de angiotensina Edman, reagente de, {fenilisotiocianato). para o seqüenciamento de polipeptídeos, 15, 151 Efeito Bohr e afinidade da hemoglobina pelo oxigénio, 301, 30-31 mecanismo do, 31, 31 f Ehlers-fianlos, síndrome de, 48, 48f, 511 Eicosanóides, 211, 212 Eixo de simetria, para a dupla hélice de DNA, 395, 3951, 446 Elastase, inibição da, 50, 50f deficiência de, e enfisema, 50 Elastina, 43, 49·50, 473 degradação da doenças da, 49, 511 a, antitripsina na, 49·50, 50f desmosina, ligações cruzadas na, 49, 491 estrutura da, 49, 491 mapa de conceitos-chave para a, 511 propriedades mecânicas da, 43 Elemento de resposta a esteróides (ERE), 232 Elementos de ação trans. 421 Elementos de resposta, 422 Elementos de resposta a hormônios, 238, 239f Elementos genéticos de ação eis, 421 Eletroforese, na anemia falciforme, 36, 361 Eletrólitos, anfotéricos, 8 Emaranhados neurofibrilares, na doença de Alzheimer, 21

Enalapril, mecanismo de ação, 62 Enantiômeros, 5, 51, 84, 851 Encéfalo comunicação com outros órgãos metabólicos, 305, 3051 consumo de oxigênio pelo, 325 corpos cetônicos utilizados pelo, 193, 325, 330· 331, 3311 necessidades de glicose do, 325, 330 no estado absortivo/alimentado, 325·327, 3261 inter-relações teciduais no, 3261 metabolismo de lipídeos no, 325, 3251 metabolismo dos carboidratos no, 325, 3251 no jejum, 327, 330·331, 331 I inter-relações teciduais no, 3321 papel metabólico do, 305 pri oridade metabólica para o. 325 Encefalopatia espongiforme bovina, 22 Encefalopatias espongiformes transmissíveis, 22 Endocitose de glicoesfingolipídeos, 208 de lipoproteínas de baixa densidade, 230-231, 2311 de lipoproteínas de densidade inter mediária, 229 de remanescentes de quilomicra, 228-229 mediada por receptor, 228·230, 2311 Endocitose mediada por receptor, 228-230, 2311 Endonuclease(s), 394 de restrição, 445f, 445-446, 448f, 507 digestão parcial por, 449 especificidade de, 445-446, 446f extremidades adesivas e retas criadas por, 446, 466f, 447f nomenclatura para, 446 sítio de restrição para, 446, 454 Endonucleases (enzimas) de restrição, 445f, 445· 446, 448f, 507 digestão parcial pelas, 449 especificidade das, 445-446, 446f extremidades adesivas e retas criadas por, 446, 4461, 4471 nomenclatura, 446 sítio de restrição para, 446, 454 Endonucleases, vs. exonucleases, 4021, 402-403 Endonuc/ease UV específica, 408-409 Endossamos, 230 Energia trifosfato de adenosina como transportador de, 72-73 conteúdo no alimento, 357, 3571 livre, 69, 474. Veja também Energia livre de ativação, 55, 551 padrão, variação da (Ll.G''). 70, 711, 71 -72 variação da, 701, 70-72 necessidades em humanos, 356·358, 500 produção de controle respiratório da, 112 no ciclo do ácido cítrico, 111 f, 111 -1 12 utilização pelo organismo, 3571, 357-358 Energia, moléculas que liberam, degradação metabólica de, 73, 731 Energia livre, 69, 474 liberação, durante o transporte de elétrons, 76-77 de ativação, 55 catalisada vs. não-catalisada, 55, 551 menor, em vias a lternativas de reação, 55 padrão, variação na (Ll.G0 ), 70, 711, 71· 72 aditiva, em reações consecutivas, 72 em vias, 72 na hidrólise do ATP, 73, 77 para prever o sentido da reação em condições-padrão, 71 relação com Keq, 71 -72 relação com o potencial de redução-padrão, 77 variação na (Ll.G), 701, 70-72 acoplamento de negativas e positivas, 72, 72f concentrações de restantes e produtos e, 70· 71 , 711 em reações no sentido direto e reverso, 70 negativa, 70, 701, 72, 721 para prever o sentido da reação, 70, 70f positiva, 70, 701, 72, 721 relação com entalpia e entropia, 69, 691 zero, no equilíbrio, 70 Enfisema, deficiência de a,-antitripsina e, 50 Enoii·ACP-redutase, 182

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Enoii·CoA·hidratase, 1901 3,2-Enoi/-CoA-isomerase, 192-193 Ena/ase, 100 Ensaio imunoabsorvente ligado à enzima (ELISA), 463, 4641 em testes de exposição ao HIV, 464, 4641 Entalpia, e variação na energia livre, 69, 691 Enterócitos absorção de lipídeos por, 174, 1751,484 absorção de monossacarídeos por, 86 enzimas sintetizadas pelos, na digestão dos carboidratos, 86, 871 formação das quilomicra nos, 226, 227f secreção de lipídeos por, 175, 1751, 484 Enteropeptidase (enterocinase), 246, 2471 Entrop ia, e variação na energia livre, 69, 691 Envenenamento por chumbo, 277, 2791 Enzima (s), 53-68. Veja também Enzimas específicas afinidade por substratos, 59 a lostéricas, cinética de curva sigmoidal das, 57 efetores ou modificadores, 621, 62-63, 641 no passo comprometido (limitante da velocidade) das vias, 62 ativação de, 54 classificação pela IUBMB, 53, 531 cc-fatores para, 54 como catalisadores protéicos, 54 compartimentalização das, 54·55 degradação de, 641 de restrição, 4451, 445-446, 4461 desfosforilação de, 63 desnaturação de, temperatura e, 57 e estado de transição (T•), 55-56, 56f efic iência catalítica de, 54 fatores na, 55·56 em reações de vias alternativas, 55 ensaio no soro de, 65 ensaios no plasma, 641, 64-65 equação de Michaelis-Menten para, 58-59 especificidade de, 54 e variações de energia livre, 55, 551 fosforilação de, 63, 631 funções das, 1, 53 inibição de, 54, 60-62 competitiva, 601, 60-61, 611 irreversível, 60 não-competitiva, 60-62, 611, 621 por retroalimentação, 63, 631 reversível, 60 inibidores de, como drogas, 62 localização dentro da célula, 541, 54-55 mecanismo de ação, 55-56 gráfico de Lineweaver-Burke, 591, 59·60 no diagnóstico clínico, 64-66 no estado absortivo/alimentado, 3191, 319·320 no jejum, 327 nomenclatura das, 53 nome recomendado, 53 nome sistemático, 53, 531 número de renovação das, 54 pH ótimo para, 58, 581 propried ades d as, 54·55 reações de ordem zero, 59, 591 reações de primeira ordem de, 59, 591 regulação das, 54, 62-64, 641 alostérica, 621, 62-63, 641 por inibição pelo produto, 641 por inibição pelo substrato, 641 por modificação covalente, 63, 631, 641, 120, 120f, 319f, 319-320,3201, 327 resumo das, 473-474 s íntese de, indução e repressão da, 63·64, 641 no estado absortivo/a limentado, 3191, 319· 320 no jejum, 327 sítios a tivos de, 54, 541 ionização dos, 57 química dos, 55·56 velocidade da reação de cinética de curva hiperbólica das, 57, 57f concen tração de enzima e, 59 concentração de substrato e. 57, 571, 58-59, 591 fatores que afetam a, 57-58 inibição competi tiva e, 60, 601 inibição não-competitiva e, 61, 611 inicial, 57


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máxima (V,,.,), 57, 571 pH e, 57-58, 581 temperatura e, 57, 57f Enzima-Produto (EP), complexo, 54 Enzima-Su bstrato (ES), complexo, 54 covalente, 56 Enzima central da RNA-polimerase, 415,4151 Enzima conversara de angiotensina (ECA), 237 Enzima conversara de angiotensina (ECA), inibidores da, 62, 237 "Enzima de desramificação", 127, 128f Enzima málica. Veja Malato-desidrogenase dependente de NADP' Enzimas digestivas. Veja também Enzimas específicas deficiências de, 86 Enzimas plasmáticas classificação, 64 como fer ramenta diagnostica, 65 na renovação celular normal, 64, 64f níveis elevados, 64-65 em estados patológicos, 64f, 65 Enzimas séricas, ensaios, 65 Epímeros, 83-84, 84f Epiteliais, células, vitamina A e, 382 Equilíbrio, variação zero de energia livre no, 70 Equivalentes de redução, transporte dos, 791, 79-80 Ergocalcilerol, 384 , 384f Eritrócitos G6PD nos, 150, 150f deficiência de, 150, 150f hemoglobina nos, 27 NAOPH nos, 146 síntese de 2,3-bisfosloglicerato nos, 99-100 Eritrócitos, células produtoras de, na sfntese do heme, 276-277 Eritropoietina, e síntese do heme, 277 Erros inatos do metabolismo, 266-272 Escherichia coli óperon da lactose na, 418-420, 4191 replicação do DNA na, 396-404 seqüência de Shine-Dalgarno na, 435-436, 4361 síntese protéica na, 435-436, 4361, 4381-4391 transc rição de ANA na, 415-41 8 Escorbuto, 47, 471, 375, 375f Escore de Aminoácidos Corrigido para Digestibilidade da Proteína (EACDP), 365, 365f Esfinganina, 204, 2051 Esfingofosfolipídeos, 200-201, 2011 degradação de, 204-206, 206f síntese de, 204-205f Esfingolipídeos. Veja Glicoesfingolipídeos Esfingolipidoses, 208-209, 210f, 215f diagnóstico e tratamento, 209 propr iedades comuns das, 208-209 Esfingomielina, 200-201, 20 1f degradação da, 204-206, 206f doenças da, 206, 206f e fosfatidilcolina, razão entre, na síndrome da angústia respiratória, 200 síntese de, 204, 205f Esfingomielinase, 204-206, 2061 deficiência de, 206, 206f Esfingosina, 205-206 Espécies reativas de oxigénio, 145-1 4 7, 146f na partiria, 278 Espermatozóides, metabolismo da frutose nos, 137-138 Esqualeno, 219, 2201 Esquimós, intolerância à sacarose nos, 87 Estado absortivo, 319-327. Veja também Estado alimentado variações aceitáveis na distribuição dos macronutrientes, 3581, 358 Estado alimentado, 319-327, 497 disponibilidade de substra tos no, 319,3191 alterações enzimáticas no, 319f, 319-320 efetores alostéricos no, 319, 319f encéfalo no, 325-327, 326f metabolismo dos carboidra tos no, 325, 325f metabolismo dos lipídeos no, 325, 3251 fígado no, 320-321, 3211 metabolismo dos aminoácidos no, 321f, 322 metabolismo dos carboidratos no, 320-321, 3211 metabolismo dos lipídeos no, 3211, 322 glicogênio no, 124, 129-130, 133f

glicólise no, 98, 981, 1051, 32 1, 3211, 323, 3231 indução-repressão da síntese de enzimas no, 319f, 319-320 mapa de conceitos-chave para o, 333f modificações covalentes no, 319f, 319-320, 3201 músculo esquelético em repouso no, 323-325, 3241 metabolismo dos aminoácidos no, 3241, 324325 metabolismo dos carboidratos no, 324, 3241 metabolismo dos lipídeos no, 3 24 , 324f relações entre tecidos no, 3261 tecido adiposo no, 322, 323, 323f metabolismo dos carboidratos no, 323, 323f metabolismo dos lipídeos no, 323, 323f Estados energéticos, inicial e final, 69 Estatinas, 222 , 222f, 359 inibição competitiva de enzimas pelas, 61, 61 f Esteatorréia, 175, 176f, 246 Esteatorréia por redução do i ntestino, 175 Esteatose hepática, 229 Estercobilina, 280, 2811 Ésteres de colesterol, proteína transferidora dos, 229, 2291, 233 Ésteres de coleterol, 218, 218f ácidos graxas como componentes dos, 179 degradação por enzimas pancreática s, 172f, 173 em lipoproteínas, 225, 2261, 229, 230f ressíntese, 174-175, 175f secreção pelos enterócitos, 175, 175f síntese dos, 232, 232f, 232-233 Esteróides, hormõnios, 225-238, 490 ações dos, 238, 238f adrenocorticais, 235, 235 secreção dos, 237, 237f deficiência de, 235, 236f degradação dos, 238 excesso de, 235, 2361 excreção de, 238 hidroxilação, pelo sistema citocromo P450 monoxigenase mitocondrial, 147 mecanismo de ação, 238, 239f secreção gonadal de, 237-238 síntese de, 235-237, 2361 colesterol na, 147, 217, 235-237, 236f passo limitante da velocidade na, 235, 236f transporte de, 235 Esteróides fecais, neutros, 222 Esteróides vegetais, 218, 362 Esteroisómeros, 5, 51 Estimuladores, na transcr ição em eucariotos, 421 f, 422 ' localização dos, 422, 422f Estômago degradação de proteínas no, 245-246, 2461 processamento de lipídeos no, 171 -172, 172f Estradiol, 235f secreção de, 237 síntese de, 236f Estrep tomicina, 438f Estresse, resposta ao, ACTH na, 237 Estresse oxida tive, 145-147, 146f Estrogênios, 235, 2351 estrutura dos, 155f, 155-156, 157f relação com função, 155-156 Etanol, reduçã o do piruvato a, 103, 104f Etanolamina, nos fosfol ipídeos, 199f, 200-202, 202f Etopside, 399 Eucromatina, 420 Exercício e gasto de energia, 3571, 358 e risco de diabetes melito do tipo 2, 344, 344f para perda de peso, 352 Éxons, do ANA mensa geiro, corte-junção dos, 424-425, 425f 3'-75' Exonuclease, na edição do DNA, 401-402, 402f 5'-73' Exonuclease, na remoção do iniciador de ANA, 402-403, 4031 Exonuclease (s), 394 vs. endonuclease, 402f, 402-403 Expansão de repetições trinucleotídicas, 431, 4311 Explosão respira tória, 148 Expressão gênica análise da, 462-464, 508 microssatélites de DNA na, 463, 463f

Extremidades adesivas, de fragmentos de DNA, 446, 446f união de (ONA recombinante). 446, 4471

F FAD. Veja Flavina adenina dinucleotídeo FADH?, 73, 73f, 76, 378 no ciclo do ácido cítrico, 11 1, 111 f produção de, na oxidação dos ácidos graxas, 190, 1911, 193 Fagocitose, 148, 148f dependente de oxigénio, 148, 148f e glicosaminoglicanos extracelulares, 161 independente de oxigénio, 148 Farnesil, grupos, adição a proteínas, 441 , 442f Farnesil-pirofosfato (FPP), 219, 220f Fase S, do ciclo celular, 404, 404f Fato r de ativação plaquetário (PAF), 200, 2001 Fator de necrose tumoral, no diabetes melito, 342 Fator de relaxamento derivado do endotélio, 148. Veja também Óxido nítrico Fator de terminação, da RNA-polimerase, 415 Fatores,.de liberação, na síntese protéica, 437, 439f Fatores de transcrição ativadore s, 422 gerais, 421, 4211 Fatores gerais de transcrição, 421, 421f Fatores protéicos, 434 Fator intrínseco, 374f, 375 Fator sigma, da RNA-po/imerase. 41 5 Feijão-fava (favismo), e deficiência da G6PD, 150151 Fenilacetato, elevado, na fenilcetonúria, 269, 269f Fenilactato, elevado, na fenilcetonúria, 269, 2691 Fenilafanina, 2731 cadeias laterais da, 21 catabolismo da, 261 , 2611, 263 alterações no, 261 conversão a ti resina, 266 elevada, na fenilcetonúria, 269, 269f Fenilalanina-hidroxitase, 261 , 2611, 266 deficiência de, 268f, 268-270 gene para, mutação do, detecção pré-natal de, 4581, 458-459, 459f Fenilbutazona, como inibidor da sínte se de prostagfandinas, 212, 214f Fenilbutirato, para hiperamonemia, 256, 256f Fenilcetonúria, 261 , 267f, 268f, 268-270 características da, 269 diagnóstico neonatal da, 269 diagnóstico pré-natal da, 269 diagnóstico p ré-natal da, AFLP no, 458f, 458459,4591 fenilalanina elevada na, 269, 269f materna, 270 sintomas do SNC na, 269, 269f tratamento da, 269-270, 2701 Fenilisotiocianato (reagente de Edman), para o seqüenciamento de polipeptídeos, 15, 151 Fenilpiruvato, elevado, na fenilcetonúria, 269, 269f Fenobarbital e ALA-sintase, 277 Ferro ingestão dietética de referência para o, 356f nas portirinas, 275 no heme, 25, 25f Ferroquelatase, 277 deficiência de, 2791 inibição pelo chumbo, 62 no envenenamento por chumbo, 279f Ferroso, íon (Fe2 · ) , no heme, 25, 251 Fetoscopia, 455-456 Fibra 30 nm, 406-407, 407f Fibras funcionais, 363-364 insolúveis, 364 na dieta, 363-364 ações, 364, 3641 e excreção de colesterol, 223 e risco de câncer, 367 variações aceitáveis na distribuição de, 358, 358f solúveis, 364 totais, 364 Fibratos, e colelitíase (cálculos biliares), 224 Fibrilas, colágeno associado a. 44, 441 Fibrilas formadoras de colágeno, 44, 44f Fibrilina


Índice

gene, mutação e síndrome de Marfan. 49 tropoelastina, interação com, 49 Fibroblastos. precursores do colágeno formados nos,45 Fibrose cfstica anormalidades da digestão proteica na. 246 deficiência de enzimas pancreáticas na, 172-173 esteatorréia na, 175, 246 reação em cadeia da polimerase na, 462, 462f Fígado captação da bilirrubina pelo, 280, 280f, 281 f como centro distribuidor de nutrientes, 320-321 comunicação com outros órgãos metabólicos, 305, 305f consumo de lactato no, 101 o-aminoácidos metabolizados pelo, 250 degradação do heme no, 280, 280f destino do triacilglicerol no. 187, 322 destoxificação no, 147 e diabetes melito do tipo 1. 337. 3371 do tipo 2, 340, 340f, 342. 343f glicogênio no, 123-124, 1241, 129, 133f gliconeogênese no, 115 gorduroso, 229 metabolismo da frutose no, 136, 138 na homeostase do colesterol, 217,2171,218 no estado absortivo/alimentado, 320-321 , 3211 metabolismo dos aminoácidos no. 3211, 322 metabolismo dos carboidratos no. 320-321 , 3211 metabolismo dos lipideos no, 3211, 322 relações entre tecidos e, 326f no jejum, 327, 328-329, 3291 metabolismo de gorduras no, 328-329, 3291 metabolismo dos carboidratos no. 328, 328f, 329f relações entre tecidos e, 3321 papel metabólico do, 305 produção de lipoproteinas de densidade muito baixa no, 228f, 229, 322 produção de uréia no, 251 remanescentes de quilomicra e, 176, 228 síntese de ácidos graxos no, 181, 322 síntese de corpos cetônicos pelo. 194, 194f, 1951, 328-329, 329f síntese de fosfatidilcolina no, 202, 202f síntese do heme no, 276-277 síntese dos ácidos biliares no, 147, 222 sistema do citocromo P450-monoxigenase do, 147 transporte de amónia para o, 250, 2511 transporte de vitamina A para o, e liberação do, 380, 3811 zimogênios secretados pelo, 64 Fígado gorduroso, 229 Filoquinona (vitamina K1), 387, 390f Flavina adenina dinucleotideo (FAD), 73, 378, 378f, 390f como coenzima para a desidrogenase dos o:-cetoácidos de cadeia ramificada, 264 para a óxido nftrico-sintase, 148 para o complexo da piruvato-desidrogenase, 108, 1081 para o complexo da o:-cetoglutarato desidrogenase, 11 O, 11Of forma reduzida da. 76, 378. Veja também FADH2 na matriz mitocondrial, 74 na oxidação de ácidos graxos, 193 no ciclo do ácido cítrico, 111 , 111 I Flavina mononucleotideo (FMN), 390f como coenzima, para a óxido nitrico-sintase, 148 forma reduzida da (FMNH2), 378 na cadeia transportadora de elétrons, 75, 75f forma reduzida da, 378. Veja também FMNH 2 na cadeia transportadora de elétrons, 75, 75f oxidação do NADH pela, 76f Flavoproteína-desidrogenase, no transporte do NADH, 79 Fluoreto, ingestão dietética de referência para o, 356f Fluoroacetato, inibição da aconitase pelo, 11 O 5-Fiuorouracil, inibição da timidilato-sintase pelo, 300-301 FMN. Veja Flavina mononucleotideo FMNH 2 , 378 na cadeia transportadora de elétrons, 75, 75f

Folhas~. 17, 17f

paralelas e antiparalelas, 17, 17f vs. hélice a. 17 Forense, análise, do DNA, 462 Formaldeido, como unidade de um carbono, 264 Forssman, antígeno, 207 Fosfatase(s), hidrólise do 2,3-bisfosfoglicerato por, 99 Fosfatase-alcalina, no ancoramento de proteínas a membranas, 203204 pH ótimo para a, 58f Fosfatidilcolina (PL), 1721, 173, 1991,200 como surfactante pulmonar, 202, 205 na bile, 222 síntese de, 201-202, 202f a partir da fosfatidilser ina. no fígado, 202, 2021 Fosfatidilcolina, 200 Fosfatidilcolina:colesterol-aciltransferase (PCAT) . 232-233 deficiência de, 233 Fosfatidiletanolamina, 199f, 200 síntese de, 201-202, 202f Fosfatidiletanolamina, 200, 200f Fosfatidilglicerol, 200 síntese de, 204 Fosfatidilinositol, 200 como reservatório de ácido araquidônico, 202 na transmissão de sinal, 203, 203f no ancoramento de proteínas na membrana. 203-204", 204f síntese de, 202-204 Fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato (PIP2 ), 203, 203f _fosfatidílinositol-3-cinase, 309 Fosfatidilserina, 199f, 200 síntese de, 202 síntese de fosfatidilcolina a partir de, 202. 202f Fosfatidilserina-descarboxi/ase, 202 Fosfato adição de. Veja Fosforilação e vitamina D, 384, 386, 386f inorgânico (P1) como ativador da PRPP-sintase, 291, 291f na síntese de ATP, 73-74 remoção do. Veja Desfosforilação 3-Fosfoadenosina-5'-fosfossulfato (PAPS), 160, 208, 2081 Fosfocreatina. Veja Creatina-foslato Fosfodiesterase do AMPc, 94 Fosfodiesterases, 296 Fosloenolpiruvato (PEP), 100 glucagon e, 120, 120f na glicólise, 100-101 na gliconeogênese, 116-118, 11 7f Fosfofrutocinase glucagon e, 119 inibição pelo citrato, 63, 97. 11 O insulina e, 310-311 no estado absortivo/alimentado, 31 9, 321 regulação hormonal da, 103, 1031 Fosfolrutocinase-1 (PFK-1) ativação da, 97-98 inibição da, 97 na glicólise, 97-98, 98f regulação da, 98, 981 Fosfofrutocinase-2 (PFK-2), 98 2-Fosfoglicerato desidratação do, 100 troca para o, 100 3-Fosfoglicerato, 266 produção de ATP, 99f, 100 Fosfoglicerato-cinase, 1 00 Fosfoglicerato-mutase, 99f, 100 Fosfoglicerídeos. Veja Glicerofosfolipídeos Fosfoglicomutase, 125, 125f, 126f, 127, 129f 6-Fosfogliconato, via do. Veja Pentoses-fosfato. v ia das 6-Fosfogliconolactona, na via das pentoses-fosfato, 143-144, 144f 6-Fosfog/icono/actona-desidrogenase, 144 6-Fosfog/iconolactona-hidrolase, 144 Fosfoglicose-isomerase, 97, 97f deficiência de, 101 Fosfolipase A ,, 205, 205f Fosfolipase A., 173, 205, 205f, 211 inibição da, 21 1-212 Fosfolipase C, 205f âncoras proteicas clivadas pela. 204

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na transmissão de sinal, 203, 2031 Fosfo/ipase O, 205f Fosfolipases, 204-205 Fosfolipídeos, 199-206, 486-487 ácidos graxos como componentes dos, 179 degradação dos, 204-206, 205f, 2061, 2151 por enzimas pancreáticas, 172f, 173 estrutura dos, 199f, 199-201,2151 funções dos, 199 mapa de conceitos-chave dos, 2151 metabolismo dos, 171-178, 199-206 nas lipoproteínas, 225, 226f. 230f nas membranas celulares, 199 natureza antipática, 199 remodelamento, 205 ressin tese dos, 174-1 75 síntese dos, 201I, 201-204, 2021 Fosfomanose-isomerase, 136 4'-Foslopanteteína, 182, 1831 Fosfoproteína-fosfatase(s), 63, 631, 100 cálcio como ativador de, 108- 109 e complexo da pir uvato-desidrogenase, 108-109, 1091 na regulação da HMG-CoA-redutase, 221 , 221 1 Foslor ilação da frutose, 135-136, 1361 da lrutose-6-fosfato, 97-98, 981 da galactose, 138, 1391 da glicose, 961, 96-97 aumentada, no estado absortivo/alimentado, 320, 3211 glicocinase na, 961, 96-97 hexocinase na, 96, 961 da HMG-CoA-redutase, 221, 221 f de enzimas, 63, 63f de proteínas, 440-441, 441 I no nível do substrato, 96, 100, 11 O Fosforilação no nível do substrato, 96, 100, 11 O Fosforilação oxidativa, 73f. 73-74, 77-80, 91 defeitos herdados na, 80, 80f desacoplamento do transporte de elétrons, 78-79 fortemente acoplada ao transporte de elétrons, 76, 78 mapa de conceitos-chave para a, 811 resumo da, 474-475 Fosforilase-cinase. 130-131 , 1311 complexo cálcio-calmodulina e, 130, 1311 forma a ativada da, 130. 1311 forma b inativa da, 130, 1311 Fósforo, ingestão dietética de referência para o, 3561 5-Fosforribosil-1-pirofosfato (PRPP) na síntese de pirimidinas, 299-300 na síntese de purinas, 291, 2911, 292f síntese de, 291, 291 f 5'-Fosforribosilamina, síntese de, 291, 292f Fotossensibilidade, na porfiria, 277-278 Fragilidade capilar, deficiência de vitamina C na, 47 Fragmentos de DNA, 445-446, 4461 clonados, seqüenciamento de, 449-450, 4501 extremidades adesivas, 446, 446f união de (DNA recombinante), 446, 447f extremidades retas, 446, 446f hibridização de sondas para, 45 1 Fragmentos de restrição, 445-446 extremidades adesivas e retas dos, 446, 4461, 447f Frutocinase defic iência de, 136, 137f na fosforilação da fr utose, 135-136, 136f Frutose absorção por células da mucosa intestinal. 86 como isõmero, 83, 84f conversão de glicose em. via sorbitol. 137-138, 1381 fontes dietéticas de, 135 fosforilação da, 135-136, 1361 ingestão dietética de, 363 metabolismo de, 135f, 135-138 cinética do, 136 desordens do, 136, 1371 mapa de conceitos-chave do, 1411 Frutose-1,6-bisfosfatase inibição da, 98, 120 no estado absortivo/alimentado, 319, 321 Frutose -1, 6-bisfosfatase-2, 98 no estado absortivo/alimentado, 320 Frutose- 1,6-bisfoslato


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Índice

clivagem da, 99 desfosforilação da, 118, 118f na glicólise, 99-1oo na gliconeogênese, 11 8, 118f na regulação da piruvato cinase, 100 regulação da pela frutose-2,6-bisfosfatase, 118 pelos níveis de glucagon, 118, 118f, 119 pelos níveis energéticos da célula, 118 Frutose-1-fosfato clivagem da, 136, 137f conversão de frutose em, 136, 136f Fr utose-2,6-bisfosfato glucagon e, 119 insulina e, 98, 98f na regulação da fosfofrutocinase-1, 98, 98f na regulação da frutose -1 ,6-bisfosfatase, 118, 118f no estado absortivo/alimentado, 319 Frutose-6-loslato conversão da manose em, 136 fosforilação da, 97-98, 98f isomerização da glicose-6-fosfato em, 97, 97f na síntese de açúcares aminados, 158, 1591 na via das pentoses-fosfato, 145, 1451 regulação da glicocinase pela, 97 Fumarase (fumarato-hidrafase), 11 Of, 111 Fumarato formação do, no catabolismo dos aminoácidos, 259, 261 ' 261f hidra tação do, 11 Of, 111 no ciclo da uréia, 251 -253, 252f oxidação do succinato a, 11 Of, 11 1

G GO, fase do ciclo celular, 404, 404f G1 , fase do ciclo celular, 404, 404f G2, fase do ciclo celular, 404, 404f Galactitol, 140 Galactocerebrosídeo, 207, 207f, 208, 208f Galactocerebrosídeo-3-sulfato, 208, 208f Ga/actocinase, 138, 139f deficiência de, 139f, 140 Galactose absorção por células da mucosa intestinal, 86 como epímero, 83-84, 841 fontes na dieta, 138 loslorilação da, 138, 139f ligada ao UDP, 138, 1391 como fonte de carbonos para a glicólise ou gliconeogênese, 138-139, 139f em reações biossintéticas, 139, 1391 me tabolismo da, 135f, 138- 140, 480-481 desordens do, 139f, 139-140 mapa de conceitos-chave do, 14 11 na lactose, 140 no colágeno, 45 Gatactose-1-fosfato-uridi/fransferase, 138, 1391 deficiência de, 139f, 139-140 Galactosemia clássica, 139f, 139-140 deficiência de galactocinase e, 139f, 140 fl-Ga/actosidase, 418 deficiência de, 139 Gangliosídeos, 207, 2071 Gangliosidoses, GM, 210f Gemfibrozil, e colelitiase (cálculos biliares) , 224 Gene db e obesidade, 351 Genes similares aos das globinas, 34 Genoma humano, 445, 450 variações individuais no, 454 Genotipagem, 463 Geranil-pirofosfato (GPP), 219, 220f Gestação retinóico/vitamina A, toxicidade na, 383-384 suplementação com ácido fólico na, 373 Ginecóide ou em forma de pera, 348, 348f Glândulas mamárias em lactação, síntese de ácidos graxas nas, 181 Glicemia sangüínea no jejum, teste, 336 Glicêmico, controle, no diabetes melito, 343-344, 344f Gliceraldeído, 83, 83f no metabolismo da frutose, 136, 1361, 137f Gliceraldeído-3-fosfato na via das pentoses-fosfato, 145, 145f oxidação do, 99f, 99-100 G/iceraldeído-3 -fosfato-desidrogenase, 99, 99f

no envenenamento por arsénico, 99 Glicerofosfato, lançadeira do, 79f, 79-80 Glicerofosfolipídeos, 199f, 199-200 antigénicas, 200 degradação de, 204-205, 205f síntese de, 2011, 201-204, 202f Glicerofosforil-base, 173 Glicerol, como precursor gliconeogênico, 115 destino do, 176, 188, 226 fosforilação do, 115 nos fosfolipídeos, 199f, 199-200 oxidação do, 115 Glicerol-3-fosfato insulina e, 309 no estado absortivo/alimentado, 322 Glicerol-cinase, 115, 188 Glicerol-fosfato na síntese do ácido fosfatidico, 187f, 201 na síntese dos triacilgliceróis, 187, 187f síntese do, 186, 186f Glicerol-fosfato-desidrogenase, 115, 186, 186f, 188 Glicina cadeia lateral da, 2f catabolismo da, 261 , 261 f como fonte de átomos para o anel das purinas, 291' 2911 conjugação a ácidos biliare s, 223, 223f em dobraduras ~. 17 interconversão com serina, na síntese de creatina, 285, 285f na síntese de poriirinas, 276, 276f no colágeno, 45 propriedades ópticas, 5 síntese da, 266 Glicocerebrosídeos, 207 Glicocinase, 308 cinética da, 96f, 96-97 insulina e, 97, 103, 103f, 310-311 na fosforilação da glicose, 96f, 96-97 no estado absortivo/alimentado, 320, 3211 regulação da, 97, 97f, 103, 103f Glicocorticóides, 235, 235f Glicoesfingolipídeos, 206-211 ácidos, 207, 207f antigênicos, 206 como receptores da superfície celular, 206 degradação dos, 208-209, 210f, 215f desordens da, 206, 208-209, 21Of, 2151 estrutura dos, 206-207, 207f, 21 5f mapa de conceitos-chave para, 215f n eutros, 207, 207f síntese dos, 208f, 208-209, 209f Glicogênese. Veja Glicogênio, síntese do Glicogênicos, aminoácidos, 115-11 6, 259, 260f, 263-264 Glicogenina, 125, 125f Glicogênio armazenamento do, 123 flutuações no, 124 cadeias do alongamento das, 125f, 126 encurtamento das, 127, 127f como fonte de combustível para o músculo esquelético em exercício, 330 degradação do (glicogenólise), 123, 123f, 126127, 1281-1291, 479 AMP e, 130, 131f cálcio e, 130, 1301, 1311 lisossomal, 127, 128f-129f regulação da, 129-132, 1331, 480 via modulada pelo AMPc e, 130-131 , 1311 depósitos de, antes do jejum, 327, 327f estrutura do, 123-124, 124f, 479 função do, 123-124, 124f, 479 hepático, 123-124, 129, 1331 metabolismo do, 123-1 34 mapa de conceitos-chave para o, 133f resumo do, 479-480 muscular, 123-124, 129-130, 130f, 1311 no estado alimentado, 124, 129-130, 133f, 321, 3211 no jejum, 124, 129, 133f ramificações do for mação de, 124f, 126 remoção de, 127, 1281 regulação alostérica do, 129-130 regulação hormonal do, 129, 132, 132f

síntese do (glicogênese), 123, 123f, 124-126, 479 inibição por via modulada por AMPc, 132, 132f iniciador (primer) para a, 125, 125f no estado absortivo/alimentado, 321, 321 I, 324, 324f regulação da, 129-132, 133f, 480 Glicogênio-fosforilase, 127, 127f, 128f AMP e, 130, 131 f ativação da, 131, 131f controle alostérico da, 129-130 deficiência de, 128f forma a, ativa, 131 , 1311 forma b inativa da, 131 , 1311 fosforilação da, 63 no estado absortivo/alimentado, 320-321 Glicogênio sintase controle alostérico da, 129-130 elongação das cadeias do glicogênio pela, 125f, 126 forma a, ativa, 132, 1321 forma b inativa da, 132, 132f losforilação da, 63 inibição da, 132, 132f na síntese do glicogênio, 125f, 125-126 no estado absortivo/alimentado, 321 Glicogenólise. Veja Glicogênio, degradação do Glicolipídeos, 206-211. Veja também Glicoesfingolipídeos ácidos graxas nos, 179 Glicólise, 89, 89f, 94 aeróbica, 94f, 94-101 , 95f anaeróbica, 94, 94f, 101 -102, 102f características metabólicas da, 105f deficiências enzimáticas na, 101 durante o jejum, 98, 98f, 105f fase de geração de energia da, 99f, 99-102 fase de investimento de energia da, 95-97, 96f favorecimento da gliconeogênese sobre a. reações necessárias para, 115-119 intermediários da, na via das pentoses-fosfato, 145, 145f mapa de conceitos-chave para a, 105f no estado absortivo/alimentado, 98, 98f, 105f, 321 ' 321f, 323, 323f ponto de controle e passo limitante da velocidade, 97-98, 98f produção de energia pela, 102 reações da, 95-102, 119, 1191 regulação da, 105f hormonal, 102-1 03, 103f re sumo da, 476-477 UDP-galactose como fonte de carbono para a, 138-139, 139f Gliconeogênese, 115-122, 119f, 123 ativação alostérica da acetii-CoA e, 120 ciclo de Cori e, 11 6, 116f consumo de álcool e, 314-316, 315f inibição alostérica pelo AMP e, 120 níveis de glucagon e, 119-120 no estado absortivo/alimentado, 319, 321 no jejum, 328, 329f regulação da, 119-120 relação com outras reações metabólicas, 11 5f resumo da, 478-479 substratos para a, 115-116 disponibilidade de, 120 Glicoproteína(s), 163-168 carboidratos nas, 163-164 carregadas negativamente, lipoproteínas de baixa densidade como, 230 degradação lisossômica das, 168 funções das, 163f mapa de conceitos-chave para as, 169f oligossacarídeos das, estrutura dos, 163-164, 164f resumo das, 482-483 síntese das, 164-167, 165f, 166f, 167f transporte para o aparelho de Golgi, 164, 165f transporte para os lisossomos, 167, 167f vs. proteoglicanos, 163 Glicoprotefnas com ligação N-glicosídica, transporte aos lisossomos, 167, 167f Glicosamina-N-acetiltransferase, deficiência de, 162f Gl icosaminoglicanos (GAG), 155-162 açúcares ácidos nos, 155, 155f, 159, 160f açúcares aminados nos, 155, 155f, 158, 159f acúmulo nas mucopolissacaridoses. 161, 162f


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carboidratos dos, síntese de, 160, 1611 classificação dos, 156 degradação dos, 160-161 lisossomal, 160-161, 162f distribuição dos, 156, 157f extracelulares ou da superfície celular, fagocitose, 161 mapa de conceitos-chave para os, 169f proteínas centrais dos, 156, 158f, 159 regiões de ligação, 156, 158f, 160 unidades dissacarídicas rep etitivas dos, 155, 155f unidades monossacarídicas dos, 155, 155f Glicose absorção pelas células da mucosa intestinal, 86 armazenamento de, 123 carboidratos da dieta e, 364, 364f como epímero, 83-84, 84f como fonte de energia, 123 como isõmero, 83, 841 conversão em frutose, via sorbitol, 137-138, 138f conversão em piruvato, 94-1 01 degradação de. Veja Glicólise enantiômeros, 85f e secreção de glucagon, 311 , 311 f e secreção de insulina, 307-308, 308f formação de. Veja Gliconeogênese formas anômeras da, 84, 85f fosforilação da, 96f, 96-97 aumentada, no estado absortivo/alimentado, 320, 321f glicocinase na, 96f, 96-97 hexocinase na, 96, 961 ingestão de, na dieta, 363 e níveis sangüíneos de glicose, 364, 364f ligada a difosfato de uridina (UDP-glicose), 124125, 125f oxidação da, 159, 160f metabolismo da, relações com a síntese de ácidos graxos, 184, 1851 na lactose, 140 na transcrição de óperons bacterianos, 4 18, 419f necessidades de, pelo encéfalo, 325, 330 níveis sangüíneos elevados de, 335. Veja também Diabetes melito no colágeno, 45 no estado absortivo/alimentado, 319 no jejum, 327·329, 3281, 329f, 330f, 338 redução nos níveis sangüíneos de, 3 12-316. Veja também Hipoglicemia sistemas reguladores ativados por, 3131, 313· 314 sangue, fon tes no, 123 transporte de, ativo. 3111 características do, 310,3111 difusão facilitada independente de Na', 95, 95f facilitado, 311 f insulina e, 31O, 3101 no estado absortivo/alimentado, 3211, 323, 323f, 324, 3241 no jejum, 329, 3301 para as células, 95 sistema porco-transporte monossacarídeoNa', 95 o.·D, no glicogênio, 124 Glicose-1,6-bisfosfato, na degradação da glicose, 127 na síntese do glicogênio, 125 Glicose-1-fosfato como produto da degradação do glicogênio, 126 conversão em glicose-6-fosfato, 126f, 127, 128f na síntese do glicogênio, 124·125, 125f G/icose-6-fosfatase, 119 deficiência de, 129f Glicose-6-fosfato conversão de glicose-l-fosfato em, 1261, 127, 128f desfosforilação da, 119, 119f formação da, na via das pentoses-fosfato, 143· 144, 144f inibição da hexocinase pela, 96 isomerização da, 97, 97f na glicólise, 96·97 na gliconeogênese, 119 no estado absortivo/alimentado, 324 Glicose-6 -fosfato-desidrogenase, 143-144, 144f, 153f

biologia molecular da, 151 deficiência de, 149·151, 482 fatores desencadeantes da, 150·151 G6PDA- , 151,1511 Mediterrânea, 151,151f variantes da, 151, 1511 nos eritrócitos, papel da, 150, 150f G/icose-6-fosfato·trans/ocase, 119 deficiência de, 129f Gficose-fosforilase, 127 a(1....,4)-Gficosidase. 127 deficiência de, 127, 128f Glicosil, resíduos, 84·85 Glicosilação de proteínas, 441, 4411 Glicosil-fosfatidilinositol (GPI), 204 deficiência de, 204 Gficosiftransferases, 165, 208 ~ -Giicuronidase, deficiência de, 162f Globina(s). Veja também Hemoglobina (s); Mioglobina cadeias de, s íntese das, 35, 35f genes organização dos, 34f, 34·35 a, 34, 34f ~ . 34f, 35 y, 35 0, 35 E, 35 Ç,34 Globosfdeos: 207 Glucagon, 311 -312 composição do, 311 ~ e efetores alostéricos, 119·120 efeitos metabólicos do, 311·312 resumo dos, 496·497 e frutose-1,6-bisfosfato, 11 8, 118f e glicólise, 98, 98f, 103, 103f e gliconeogênese, 118· 120 e metabolismo de carboidratos, 311·312 e metabolismo de lipídeos, 312 e metabolismo do glicogênio, 130, 1311, 132, 132f e triacilglicerol, 187 indução de síntese de enzimas por, 120 mapa de conceitos-chave para, 317f mecanismo de ação do, 312 modificação covalente da atividade enzimática pelo. 120, 120f na hipoglicemia, 312·314, 31 3f na integração do metabolismo, 305 na regulação da acetii-CoA-carboxilase, 181 , 182f na regulação da HMG-CoA-redutase, 221 no diabetes melito, 339 no estado absortivo/alimentado, 319 oposição à ação da insulina pelo, 311, 316f secreção de, 311 adrenalina e, 31 1, 3111 aminoácidos e, 311, 3111 coordenação com a secreção de insulina, 307, 311 estimulação da, 31 1, 31 11 glicose e, 311 , 3111 inibição da, 311, 31 11 síntese do, 311 Glucagon, receptores, 312 Glutamato (ácido glutâmico) cadeias laterais do, 3f, 4 grupo carboxila nas, 4 carboxilação do, 387, 387f catabolismo do, 260 como doador de prótons, 4 como produto da transaminação, 248f, 248-249 degradação de proteínas contendo, 245 na desaminação de aminoácidos, 249·250, 250f no ciclo da uréia, 251·253 no rompimento da hélice a , 16-17 síntese de, 265, 266f substituição do por lisina, na doença da hemoglobina C, 36f, 38 por valina, na anemia falciforme, 36, 36f Glutamato:oxalacetato-transaminase (GOT). Veja Aspartato-aminotransferase Glutamato:piruvato-transaminase (GPT). Veja Alanina-aminotransferase Glutamato·desidrogenase, 249-250, 250f, 25 1, 260, 265 regulação alostérica da, 250

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Glutamina, 273f a amónia da, 254, 254f cadeias laterais da, 3f, 4 catabolismo da, 260 como fonte de átomos para a síntese de purinas, 291, 2911 como fonte de átomos para o anel das pirimidinas, 299, 300f no transporte da amônia, 255, 255f s íntese da, 265 G/utamina:fosforribosil·pirofosfato-amidotransferase, 291 ' 292f, 294 Glutaminase, 250, 2511, 254, 254f, 255, 255f, 260 intestinal, 254 renal, 254 Glutamina-sintase, 255, 255f Glutamina-sintetase, 265 Glutationa, como antioxidante, 146 estrutura da, 146, 146f Glutationa-peroxidase, 146, 146f, 148 Glutationa-redutase, 146, 146f GMP. Veja Monofosfato de guanosina (GMP) Golgi, aparelho de, síntese de glicoesfingolipídeos no, 208 síntese de glicosaminoglicanos no, 156 transporte de glicoproteínas pelo, 164, 1651 Gônadas. Veja também Ovários; Testículos secreção hormonal pelas, 235, 237f, 237-238 Gordura(s). 185 armazenada, mobilização de, 187-1 93 corporal, deposição de, diferenças anatómicas na, 348, 348f diferenças bioquímicas na, 348 depósitos, 187 na dieta, 355, 355f, 358-363, 3691, 500 conteúdo energético da, 357, 357f e colesterol plasmático, 358-359 e doença cardíaca coronariana, 358-363 e lipídeos plasmáticos, 359-362 monoinsaturada, 359·360, 3 601 poliinsaturada, 360f, 360-362 saturada, 359, 3601 variações aceitáveis na distribuição de, 358, 358f neutra, 185 Go rdura, depósito, 187 G ordura corporal, deposição de, diferenças anatômicas na, 348, 348f diferenças bioquímicas na, 348 Gordura neutra, 185 Gorduras monoinsaturadas, 359-360, 360f Gota, 297·299, 2981, 303f diagnóstico de, 297, 299f na síndrome de Lesch-Nyhan, 294f, 294·295, 297 primária, 297 secundária, 298·299 tofácea, 297, 299f tratamento da, 2981, 299 Gota tofácea, 297, 299f Gradiente de pH, na foslorilação oxidativa, 77-78 Gradiente elétrico, na foslorilação oxidativa, 77·78 Granulomatose crõnica, deficiência de NADPHoxidase e, 148 Griseofulvina, e ALA-sintase, 277 grupos sulfato dos, adição de, 160 Grupo sullidrila, na cadeia lateral da cisteína, 4, 18f, 19 GTP Veja Trifosfato de guanosina Guanifato-ciclase, 149 Guanififtransferase, 423 Guanina, 289, 289f, 303f, 394, 3941 dano e reparo, 409, 409f em códons/no código genético, 429, 430f pareamento com citosina, 395, 3951, 3961 Guanina-7-metiftransferase, 424 Guanosina, 290

H Haellf, endonuclease de restrição, 446, 4461 HDL. Veja Lipoproteínas de alta densidade HDL 3 , 233 captação de colesterol não-esterifi cado pelas, 232, 2341 como reservatório para apolipoproteínas, 232 metabolismo das, 232·234, 234f na obesidade, 351 .


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tamanho e densidade das, 225, 2251 transferência de triacilgliceróis das VLDLs para, 229, 2291 transpor te reverso do colesterol pelas, 234 Heinz, corpos de, 150, 1501 Helicase RNA-DNA dependente de ATP, 417 a-Hélice, 161, 16-17 aminoácidos por volta, 16 aminoácidos que rompem, 16- 17 na mioglobina, 26, 261 vs. folhas pregueadas (estruturas [3), 17 Heme, 25, 275 conversão do uroporfirinogênio em, 277, 2771 como coenzima, para a óxido nítrico -sintase, 148 degradação do, 280, 2801281 I, 2871, 192 estrutura do, 25, 251 metabolismo do, 275-280 mapa de conceitos-chave para o, 2871 síntese do, 276-277, 2771, 2871 defeitos na, 277-278, 2791, 2871 inibição pelo produto final , hemina, 2761, 277 na matriz mitocondrial, 74 passo limitante da velocidade, 276 Heme, grupo, da cata lase, 25, 275 da hemoglobina, 25, 275 da mioglobina, 25-26, 26f, 275 da triptofano-pirrolase, 275 dos citocromos, 25, 25f, 275 Heme-heme, interações, 29-30 Heme-oxigenase, 280, 280f Heme proteínas, 25f, 275 globulares, 25-34, 47 1. Veja também Hemoglobina; Mioglobina Hemina inibição pelo produto final pela, 2761, 2 77 na partiria, 278 Hemoglobina(s) afinidade pelo oxigénio/ligação de, 27-33, 40f 2,3-bisfosfoglicerato e, 29, 31-32, 32f cooperativa, 291, 29-30 efetores alostéricos e, 27, 29-33, 40f ligação do dióxido de carbono e, 32, 32f ligação do monóxido de carbono e, 32f, 32-33, 401 PC0 2 e, 29 pH e, 29, 301, 30-31 P02 e, 291, 29-30 saturação na, 28 alterações no desenvolvimento na, 33, 33f associação e dissociação ao oxigénio, 29-30, 301 carbamino, 32 curva de dissociação do oxigénio para a, 28-29, 29f forma sigmoidal da, significado da, 30 embrionária (Hb Gower 1), 33 estrutura da, 27f, 27-28, 40f alterações com a desoxigenação e oxigenação, 28, 28f quaternária, 27-28, 281 fetal (HbF), 33, 331 na !~-talassem i a, 381, 39 forma de alta afinidade pelo oxigénio, 28, 281 forma de baixa afinidade pelo oxigénio, 28, 281 forma R (relaxada) da, 28, 281 forma T (desoxi ou tensa), 28, 28f função da, 1, 27 genes família u de, 34, 341 família 13 de, 34f, 35 organização dos, 34f, 34-35 )',35 8,35 E,35 Ç, 34 grupo heme da, 25, 275 hélice ada, 16 interações heme-heme na, 29-30 mapa de conceitos-chave para, 40f menor, 32-33 normal no adulto, 33, 331 síntese da, 276 Hemoglobina A, 27, 33, 33f Glicosilada, 34, 34f Hemoglobina A 1c (HbA 1c), 33-34, 34f no diabetes melito, 34, 338f, 339, 344 Hemoglobina A 2 (HbA2), 33-34

Hemoglobina de Bart (Hb Bart) na o:-talassemia, 39, 391 Hemoglobina fetal (HbF), 33, 33f ligação do 2,3-BPG à, 33 na [:l-talassemia, 38f, 39 síntese de, 33, 331 Hemoglobina S, substituição de aminoácidos nas cadeias 13 da, e anemia falciforme, 36, 36f Hemoglobinopatias, 35-39, 411, 471 -472 Hemoglobinúria noturna paroxística, 204 Hemossiderose, terapia de transfusão e, 37, 39 Henderson-Hasselbalch, equação de, 5-9 aplicação da, 7-9 derivação da, 6 para absorção de drogas, 8-9, 9f para a titulação de aminoácidos, 6-8 para o sistema tampão bicarbonato, 8, 9f Heparan-sulfamidase, deficiência d e, 162f Heparan sulfato, 1571, 226 degradação deficiente d e, 161, 1621 Heparina, 1571 Hepáticas, doenças aminotransferases no, 65, 249, 2491 níveis de amónia no, 255-256 Hepático, células do parênquima, fosforilação da glicose em, 96 Hepatite icterícia na, 282-283 níveis da amónia na, 256 Herpes simples, vírus, timidina-sintase no, 302 Heterocromatina, 420 Heterotrópicos, efetores, 63, 63f Hexocinase especificidade ampla de substrato da, 96 inibição da, 96 na fosforilação da frutose, 135-136, 136f na fosforilação da glicose, 96, 961 na fosforilação da manose, 136 no estado absortivo/alimentado, 324 Hexoses-monofosfato, via das. Veja Pentosesfosfato, via das Híbrido, dúplex, na replicação do DNA, 400 Hidantoínas, e ALA-sintase, 277 Hidrofílicas, cadeias laterais, 18 Hidrofóbicas, cadeias laterais, 18 Hidrofóbicas, interações, 2, 19, 19f na mioglobina, 26 Hidrogénio, átomos de, transporte de elétrons via, 76 Hidrolases, classificação das, 53! Hidra/ases ácidas, 160 Hidropisia fetal, 39, 39f Hidrossolúveis, vitaminas, 371, 371f, 390f-3911, 501 3-Hidroxiacii-ACP-desidratase, 182 3-Hidroxiacii-CoA-desidrogenase, 1901 Hidroxialisina, na biossíntese do colágéno, 48, 48f 3-Hidroxibutirato, 193-194, 1941 no jejum, 328-3291 3-Hidroxibutirato-desidrogenase, 194, 1941 25 -Hidroxicoleca/ciferol- 1-hidroxilase, 384, 385f regulação da, 384, 386f 3-(l -Hidroxiesteróide-desidrogenase, 2361 Hidroxila, grupo polar, nas cadeias laterais dos aminoácidos, 4 Hidroxilação de proteínas, 441, 4421 11 -f:l-Hidroxi/ase, deficiência de, 2361 17-o.-Hidroxi/ase, 2361 deficiência de, 236f 21-o:.-Hidroxi/ase, deficiência de, 2361 Hidroxilisina, no colágeno, 45, 45f, 46f, 47 Hidroximetilbilano -sintase, 277, 277f deficiência de, 2791 3 -Hidroxi-3-metilgluta rii-CoA (HMG-CoA), síntese de, 218, 2181 Hidroximetilglutaril (HMG) CoA-redutase, 218-219, 2191 expressão gênica da, regulação dependente de esteróides da, 220-221, 221 f fosforilação e desfosforilação da, 221 , 221 f inibição da, 230 regulação da, 220-222, 221 f Hidroximetilglutari/ (HMG) CoA-redutase, inibidores da, 61, 611, 222 Hidroximetilglutaril (HMG) CoA-sintase, 218, 218f c itosólica, 2 18 mitocondrial, 218 na síntese de corpos cetônicos, 194, 194f

na sín tese do colesterol, 218 Hidroxiprolina, na elastina, 49 no colágeno, 45, 451, 46f, 47 5-Hidroxitriptamina. Veja Serotonina 5-Hidroxitriptofano, 285, 2861 Hidroxiuréia, na anemia fa lcifo rme, 37 Hiperamonemia, 253-256 adquirid a, 256 deficiência do ciclo da uréia e, 256, 2561 hereditária, 256 Hiperbilirrubinemia, 281 -283 Hipercalcemia, vitamina D e, 387 Hipercolesterolemia familiar, 230 tratamento da, 218, 222-223 Hipercolesterolemia familiar, 230 Hiperfenilalaninemia, 268, 2681 Hiperg licemia e metabolismo do sorbitol na, 138 losfori lação da glicose na, 96 no diabetes melito tipo 1, 337, 3371 tipo 1, 340, 3401, 342, 343f vs. jejum, 338 Hiperlipidemia/hiperlipoproteinemia niacina para a, 378 tipo I, 176, 226-227 tipo 11 , 230 tipo l lb, niacina para a, 378 tipo III, 176 familar, 229 Hiperlipopro teinemia fa milia r do tipo II I, 229 Hiperplasia adrenal congénita, 236f Hipertensão Hipertriacilglicerolemi a, 226-227 no diabetes melito, tipo 1, 337f, 338 tipo 1, 342, 343f vs. jejum, 338 Hiperuricemia, 297-299, 2981 Hipervitaminose A, 383 Hipófise, hormônios da, na síntese de hormônios esteróides, 2371, 237-238 Hipoglicemia, 312-316, 496-497 características d a, 312 induzida p elo álcool, 314-316,3151 induzida por insulina, 314, 3141, 339, 3391 jejum, 31 4 lesão encefálica na, 325 mapa de conceitos-chave para a, 317f pós-prandial, 314 sintomas da, 312-313 adrenérgicos, 312 neuroglicopênicos, 312-313 sistemas glicorreguladores na, 313f, 313-31 4 tipos de, 31 4-316 Hipoglicemia despe rcebida, 339 Hipoglicêmicos, agentes, para o diabetes melito tipo 2,343 Hipoparatireoidismo, 386 Hipopigmentação, na fenilcetonúria, 269 Hipoprotrombinemia, 388 Hipótese da oscilação, no reconhecimento do códon pe lo RNAt, 435, 4351 Hipotireoidismo, e hipercoleste rolemia, 230 Hipoxantina-guanina-fosforribosiltransferase (HPR1), 294, 294f deficiência de, 294f, 294-295 Hipóxia, 2,3-bisfosfoglice rato na, 32, 321 Histamina, 285, 2861 Histidase, 260, 2611 deficiência de, 2671 Histidina, 273f cadeias laterais da, 3f, 4-5 catabolismo da, 260, 2611 como aminoácido não-essencial, 265 descarboxilação a histamina, 285, 2861 distal, 26, 261 na mioglobina, 25-26, 261 proximal, 26, 26f rompimento da hélice a. pela, 16-17 Histidinemia, 2671 Histonas, 406f, 406-407, 407f acetilação das, 420 HMG-CoA. Veja 3-Hidroxi-3 -metilglutarii-CoA (HMGCoA), síntese de

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Hogness, caixa de, 421, 4211 Holoenzima, 54 da ANA polimerase, 415, 415f Homocisteina conversão a cisteína, 2621, 262-263, 266 conversão da metionina em, 261-263, 262f defeitos metabólicos da, 271, 271 I destino da, 262 em doenças vasculares, 261, 263, 2631, 363 metilação da, 262 Homocisteina, terapia de redução, 263, 2631, 363 Homocistinúria, 263, 267f, 271, 2711 Homogentisato-oxidase, deficiência de, 2671, 272, 2721 Homotrópicos, efetores, 62-63 Hormôn io(s). Veja também Hormônios específicos contra-reguladores, 311, 313 do tecido adiposo, e obesidade, 3 50f, 350-351 esteróides. Veja Esteróides, hormónios na degradação de triacilgliceróis, 187-188, 1881 na regulação da glicólise, 10 2-1 03, 1031 na regulação da HMG-CoA-redutase, 221 na regulação do glicogên io, 129, 132, 132f na regulação lipídica, 174, 174f na regula ção metabólica, 92, 92f, 93 Hormónio do crescimento (GH), na hipoglicemia, 3131,313-314 Hormónio folículo-estimulante (FSH) , 2371, 237-238 Hormónio liberador de corticotrofina (CAH), 237 Hormónio liberador de gonadotrofinas, 237-238 Hormônio luteinizante (LH), 2371, 237-238 Hormónio paratireóideo (PTH). 384, 386 Hormónios contra-reguladores, 311 , 313 Hormónios gastrintestinais. Veja também Colecistocinina, Secretina e secreção de insulina, 308 Hormónios polipeptídicos, funções dos, 1 Hormónios sexuais, 235, 235f Hormônios sexuais, proteínas de ligação a, 235 Humor vítreo, colágeno no, 43 Huntingtina, proteína, 43 1 Icterícia, 281-283, 2871 hemolítica, 282, 2821, 287f hepatocelular, 282-283, 2871 neonatal, 2821, 283, 2831, 2871 fototerapia para a. 283, 283f na deficiência de G6PD, 151 obstrutiva, 282, 2871 tipos de, 281-283 Icterícia hemolítica, 282, 2821, 2871 Icterícia hepatocelular, 282-283, 2871 Icterícia obstrutiva, 282, 2871 lcterus. Veja Icterícia /duronato-sulfatase, deficiência de, 162f Ilhotas de Langerhans células Cl das, secreção de glucagon pelas, 307, 311 , 3111 células ~ das destruição, no diabetes melito do tipo 1, 336, 336f disfunção, no diabetes melito do tipo 2, 340, 3401, 342, 3421 fosforilação da glicose nas, 96 secreção de insulina pelas, 305-3 08, 306f, 3081 Imino, grupo, da p rolina, 4, 41 IMP. Veja Monofosfato de inosina "Impressões digitais" de DNA, 462 lmunodeficiência combinada grave ligada ao X, doença da, 464 lmunoglobina G (lgG), 163 lmunoglobinas, função das, 1 lmunotransferência (westernblot), 463, 4641 em testes de exposição ao HIV, 464, 4641 Índice de massa corporal (IMC), 347-348 e risco relativo de mortalidade, 3511, 352 Índice glicêmico, 364, 3641 l ndometacina, inibição da síntese de prostaglandinas pela, 212 lnfarto, na anemia falciforme, 36, 371 lnfarto do miocárdio marcadores enzimáticos no, 651, 65-66, 66f, 285 obesidade e, 3521 Inflamatórios, processos, na gota, 297 lnfluenza, nutrição e, 3591 Ingestão adequada (IA), 3551, 356, 3561, 3 571

Ingestão dietética de referência, 3551, 355-356, 3561,499 comparação dos componentes na, 356, 3561 guia para o uso, 356, 3561 Inibição competitiva de enzimas, 601, 60-61 Lineweaver-Bu rke, grá fico de, 60, 601 por estatinas, 61, 611 Inibição não-competitiva de enzimas, 60-62, 611, 61-62, 621 exemplos de, 61-62 gráfico de Lineweaver-Burk e, 61, 611 Iniciador, ANAt, 436, 436f l nosina, para me lhorar os níveis de 2,3-BPG em transfusões de sangue, 32 l nositol, nos fosfolipídeos, 200 lnositol 1,4,5-trifosfato (IP3 ) , na transmissão de sinal, 203, 2 031 lnosito/-monofosfato-desidrogena se, inibição da, 2931, 294 lnseticidas, inibição não-competitiva d e enzimas por, 62 Insulina, 3 05-311 adrenalina e, 308, 3081, 3161 curso temporal das ações da, 310-311 deficiência de absoluta, no diabetes melito do tipo 1, 335336,3361 relativa, no diabetes melito do tipo 2, 335 degradação da, 306 e acetii-CoA-carboxilase, 181, 1821 efeitos anabólicos da, 306 efeitos metabólicos da, 306, 308-309 resumo dos, 496-497 efeitos na membrana, 310, 310f e fosfofrutocinase, 310-31 1 e frutose-2,6-bisfosfato, 98, 98f e G6PD, 144 e glicocinase, 97, 103, 1031, 310-3 11 e glicólise, 97-98, 981, 103, 103f e metabolismo de carboidratos, 30 8 em oposição à ação do glucagon, 31 1, 316f e obesidade, 351 e síntese protéica, 309 estrutura da, 306, 3061 e triacilgliceróis, 187, 1881, 309 exógena. Veja Insulina, terapia com mapa de conceitos-chave para, 3171 mecanismo de ação, 309-311 na h ipoglicemia, 312-314, 3131 na integração do metabolismo, 305 na regulação da HMG-CoA-redutase, 221 na transdução de sinal, 309, 309f no estado absortivo/alimentado, 319 no jejum, 328-330, 338 no metabolismo lipídico, 308 secreção da aminoácidos e, 308, 3081 coordenada com a secreção de glucagon, 307,311 durante o início do diabetes do tipo 1, 336, 3361 estimulação da, 307-308 hormônios gastrintestinais e, 308 inibição da, 308, 308f níveis glicêmicos e, 307-308, 3081 por células ~ . 305-308, 3061, 3081 regulação da, 307-308 síntese da, 30 61, 306-307, 307f Insulina, receptor, 309, 3091 regulação do, 310 Insulina, terapia com hipoglicemia induzida por, 314, 31 41, 339, 3391 para diabetes melito do tipo 1, 337, 3381, 338339 padrão vs. intensiva, 339 para diabetes melito do tipo 2, 343 lnsulinase, 306 l nsulite, 336 Intermediário comum, para reações de acoplamento, 72-73 lntestino(s) ação bacteriana no, amónia a partir da, 254 delgado degradação de ácidos nucléicos da dieta no, 296, 297f digestão de oligopeptídeos no, 246 emulsificação de lipídeos da dieta no, 172f, 172-173

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formação de urobilina no, 280, 281 f síntese de colesterol no, 218 vitamina O e, 386 Intestino delgado degradação de ácidos nucléicos da dieta no, 296, 2971 digestão de oligopeptídeos no, 246 emulsificação de lipídeos da dieta no, 1721, 172173 Intolerância a dissacarídeos, 86 Intolerância à frutose, hereditária, 136, 1371 Intolerância à lactose, 86-87, 87f, 139 Intolerância à sacarose, 87 Intolerância hereditária à frutose, 136, 13 71 Intoxicação por amôn ia, 255 Íntrons, d o AN A mensageiro, 424 re moção d os, 424-425, 425f Iodeto, Ingestão dietética de refe rência para o, 356f Iónicas, interações da hemoglobina, 27 de aminoácidos, 19, 19f Íons hidrato, transporte de elétrons via, 76 Íons metálicos, como co-fatores enzimáticos, 54 lsocitrato isomerização do citrato em , 1091, 11 O oxidação e descarboxilação do, 1091, 1 1O lsocitrato-desidrogenase, 109f, 110-1 11 , 181 lsoelétrica, forma, dos aminoácidos, 7, 7f lsoelétrico, ponto, para os aminoácidos, 8 lsoenzimas e doenças cardíacas, 65f, 65-66, 661 estrutura qua ternária das, 65 lsoleucina cadeias laterais da, 2f catabolismo da, 263-264, 264f e doença do xarope de bordo, 271 no estado absortivo/alimentado, 322, 325 rompimento da hélice Cl pela, 17 lsomaltase, na digestão dos carboidratos, 86, 8 7f lsomaltase-sacarase, deficiência de, 87 lsomerases, classificação das, 53f Isómeros, 83-84, 841 Isómeros ópticos, 5, 51 lsoniazida, 3751, 376 lsopentenil- pirofosfato (IPP), 219, 2201 lsotretinoína para a acne, 382, 383f teratogenicidade da, 383-384 IUB MB, União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (lnternational Union of Biochemistry and Molecular Biology), nomenclatura d e enzimas segundo a, 53, 531

J Jejum , 327-331, 497 depósitos de combustível no início do, 327, 327f glicogênio no, 124, 129, 133f hipoglicemia no, 314 piruvato-carboxilase no, 194 piruvato-desidrogenase no, 194 Jejum, 3 27-331, 497 disponibilidade de substratos no, 327 alterações enzimáticas no, 327 efetores alostéricos no, 327 encéfa lo no, 327, 330-331 , 3311 fígado no, 327, 328-329, 329f metabolismo de lipídeo s no, 328-329, 329f metabolismo dos carboidratos no, 328, 3281, 329f indução-repressão de enzimas, 327 mapa de conceitos-chave para o, 3331 modificações covalentes no, 327 músculo esquelético em repouso no, 327, 330f, 330 metabolismo das proteínas no, 330, 3301 metabolismo dos carboidratos no, 330 metabolismo dos lipideos no, 330, 330f relações entre tecidos no, 3321 reservas de combustíveis no início do, 327, 3271 tecido adiposo no, 327, 329-330,3301 metabolismo das gorduras no, 329-330, 330f metabolismo dos carboidratos no, 329, 3291 vs. diabetes melito, 338 Junções comunicantes, 92

K Kernicterus, 283 Krebs, ciclo de. Veja Ciclo do ácido cítrico Kwashiorkor, 367, 367f


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L L-Frutose, nos oligossacarídeos, 163 L-metilmalonii-CoA, formação da, 192, 193f lac, genes lacA, 418 lacL, 418 lacY, 418 lacZ, 418 a-Lactalbumina, 140, 140f ~-Lactãmicos, antibióticos, mecanismo de ação, 62 Lactase deficiência de, 86-87, 87f na digestão de carboidratos, 86, 87f Lactato consumo de, 101 formação no músculo, 101 na gliconeogênese, 11 6 no ciclo de Cori, 116, 116f redução do piruvato a (glicólise anaeróbica), 94, 101 -102, 102f Lactato-desidrogenase {LOH) na acidose táctica congénita, 109 na formação de lactato a partir de piruvato, 101 f, 101-102, 109 no infarto do miocárdio, 65-66, 66f Lacteais, 175 Lactose, 138 e transcrição de óperons bacterianos, 418-420, 419f ingestão na dieta, 363 ligações glicosídicas na, 85 síntese da, 140f, 140,481 Lactose óperon, 418-420, 419f Lactose-sintase, 140, 140f Lactosilceramida, 207 Lançadeira de carnitina, 188, 189f inibição da, 188-189 Lançadeira do malato-aspartato, 791, 80 Lanosterol, 219, 220f conversão em colesterol, 219-220, 220f LDH. Veja Lactato-desidrogenase LO L. Veja Lipoproteínas de baixa densidade Lecitina. Veja Fosfatidilcolina Leptina na obesidade, 350f, 350-351 no diabetes melito, 342 Leucemia, asparaginase na, 260 Leucina cadeias laterais da, 2f catabolismo da, 260, 263-264, 264f na doença do xarope de bordo, 271 no estado absortivo/alimentado, 322, 325 Leucócitos, fagocitose pelos, 148, 148f Leucodistrofia células globóides, 21 Of metacromática, 210f Leucodistrofia de células globóides, 21 Of Leucodistrofia metacromática, 2101 Leucotrienos, 21 1-212, 487 gorduras poliinsaturadas n-3 e n-6 e, 3611, 362 LTA4, 2111, 213f LTB4, 213f LTH4, 213f síntese dos, 212, 213f, 215f Leucotrienos, modificadores de, 212 Liases, classificação das, 53f a -L-iduronidase, deficiência de, 162f Ligação cooperativa de proteínas de ligação de hélice simples no DNA, 397 do oxigénio pela hemoglobina, 29f, 29-30 Ligação éter em plasmalogênios, 200, 200f no fator de ativação plaquetário, 200, 2001 Ligação forte, em polimorfismo de comprimento do fragmento de restrição, 458 Ligações dissulfeto, 4, 181, 19 Ligações fosfodiéster 3' --t5', no DNA, 393-394, 394f Ligações glicosídicas de carboidratos com estruturas de compostos não-glicídicos, 84-85, 851 designação das, 85 entre monossacarídeos, 83, 84f no glicogênio, 124, 1241, 125f, 126 clivagem de, 126-127, 127f a e~. 85 Ligações N-glicosídicas, 85, 85f em glicoproteínas, 163-164, 164f

Ligações 0-glicosídicas, 85, 851 nas glicoproteínas, 163-164, 1641 nos glicoesfingolipídeos, 206-207, 207f nos glicosaminoglicanos, 156 Ligações peptídicas, 1, 1f, 13-14, 14f. Veja também Polipeptideos características das, 14, 141 caráter de ligação dupla parcial das, 14, 14f caráter rígido e planar, 14, 14f configuração trans das, 14, 14f designação, 14 formação das, 13, 14f, 436, 437f, 438f polaridade, 14 Ligandina, para a ligação da bilirrubina, 280 Ligante, DNA, 406, 406f Ligases, 398. Veja também ligases específicas Ligases, classificação das, 53f Lineweaver-Burk, gráfico de e ação enzimática, 591, 59-60 na inibição competitiva de enzimas, 60, 60f na inibição não-competitiva de enzimas, 61 , 611 Lipase gástrica, 172-1 73 Lipase hepática, 226 Lipase lingual, 171 Lipase lipoprotéica, 176, 226-228, 227f ativação da, 229 deficiência da, 176, 226-227 insulina e, 309 Km para o triacilglicerol, 227 no diabetes melito, do tipo 1, 338 do tipo 2, 342 no jejum, 330 regulação da, 227 Lipase pancreática, 172, 172f, 173 Lipase sensível a hormônios, 187-188, 1881 insulina e, 309 na obesidade, 351 no estado absortivo/alimentado, 320, 323 no jejum, 329 Lipídeos complexos. Veja também Glicoesfinoglipídeos; Fosfolipídeos metabolismo dos, 199-126 resumo do, 486-487 da dieta absorção pelas células da mucosa intestinal, 174, 175f, 484 degradação por enzimas pancreáticas, 172f, 173-174 digestão dos, 171 -174, 172f, 483-484 e doença cardíaca coronariana, 359-362 ~. em neonatos, 172 emulsificação no intestino delgado, 172f, 172173 má-absorção dos, 175, 176f mapa de conceitos-chave dos, ·177f metabolismo dos, 171-178, 177f resumo do, 483-484 processamento no estômago, 171-172, 172f regulação hormonal dos, 174, 1741 uso pelos tecidos, 176, 484 estrutura dos, 171, 1711 funções dos, 171 glucagon e, 312 insulina e, 308 níveis plasmáticos dos, gorduras da dieta e, 359362 no jejum, 330, 330f obesidade e, 351 secreção pelos enterócitos, 175, 175f, 484 Lipoproteínas, 179 colesterol nas, 217,225, 226f composição das, 225, 229, 230f em doenças cardíacas, 234-235 mapa de conceitos-chave das, 241 f mobilidade eletroforética das, 225, 226f no plasma, 225-235, 489-490 tamanho e densidade das, 225, 225f Lipoproteínas, e doença cardíaca, 234-235 Lipoproteínas, receptores para, 228 Lipoproteínas de alta densidade (HDLs}, 225, 2251, 226f, 230f, 232-234, 234f como "bom" transportador de colesterol, 234 composição das, 2301 consumo de álcool e, 362 e doença cardíaca coronariana, 358-359 gorduras da dieta e, 359-362

HDL2, 233 mobilidade eletroforética das, 225, 225f na esterificação do colesterol, 232-233 na obesidade, 351 Lipoproteínas de baixa densidade (LDLs), 225, 225f, 226f, 228f, 229-232, 230f como glicoproteínas carregadas negativamente (receptores). 230 composição das, 229, 230f conversão das VLDLs em, no plasma, 229 e doença cardíaca coronariana, 358-359 endocitose das, 230-231 , 2311 gorduras da dieta e, 359-362 metabolismo das, 228f, 229-232 mobilidade eletroforética das, 225, 226f modificadas quimicamente, captação por receptores "removedores" de macrófagos, 232 niacina e, 378 oxidação das, 232, 233f receptores funcionais das, deficiência de, 230 tamanho e densidade das, 225, 225f Lipoproteínas de densidade intermediária (IDLs), 229 Lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDLs), 187, 225, 225f, 226f, 228f, 229, 2291, 230f circulantes, modificação das, 229, 229f composição das, 230f conversão a LDL no plasma, 230f liberação de, 228f, 229 metabolismo das, 228f, 229 mobilidade eletroforética das, 225, 226f na obesidade, 351 niacina e, 378 no diabetes melito tipo I, 3371, 338 tipo 11, 342, 343f no estado absortivo/alimentado, 322 tamanho e densidade das, 225, 225f Lipoproteínas plasmáticas, 225-235. Veja também Lipoproteína(s) 5-Lipoxigenase, 212 Lisil-hidroxilase deficiência de, e síndrome de Ehlers-Danlos, 48 e hidroxilação do colágeno pela, 47 Lisil-oxidase na biossíntese do colágeno, 48, 48f polipeptídeos da tropoelastina desaminados pela, 49 Usina + cadeias laterais da, 3f, 4 catabolismo da, 260, 264 em substituição ao glutamato, na doença da hemoglobina C, 36f, 38 e rompimento da hélice a, 16- 17 na elastina, 49 nas histonas, 406 no colágeno, 48, 48f hidroxilação do, 45, 45f, 46f, 47 transporte da, 24 7 Lisinopril, mecanismo de ação, 62 Lisofosfatidil-colina, 173, 233 Lisofosfoglicerídeos, 205 Lisotosfolipase, 173 Lisofosfolipfdeos, 173 Lisossomo(s) na degradação de glicoesfingolipídeos, 208 de glicogênio, 127, 1281-129f de glicoproteínas, 168 de glicosaminoglicanos, 160-161 , 1621 de proteínas, 244 de remanescentes de quilomicra, 228 transporte de glicoproteínas para os, 167, 1671 Lovastatina, 222 inibição competitiva de enzimas pela, 61 , 611 Lúpus eritematoso sistémico, 425 Luta ou fuga, reação de, 283, 305

M Macrólagos, óxido nítrico e, 148-149, 149f Macronutrientes, 355-370 mapa de conceitos-chave dos, 369f variações aceitáveis na distribuição dos, 358f, 358 Magnésio, ingestão dietética de referência para o, 3561 Malária, resistência a, deficiência de G6PD e, 149 traço de anemia lalcilorme e, 37, 381

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Maiato formação a partir do a-cetoglutarato, 110! hidratação do fumara to a, 1101, 111 na gliconeogênese, 117, 117! no ciclo da uréia, 251-253, 252! oxidação do, 111 , 11 1! redução do oxalacetato a, 117, 117f Malato-desidrogenase, 111 . 1111, 1 17, 1171 Malato-desidrogenase dependente de NADP, 150, 184, 184! Malonii-CoA carboxilação da acetii-CoA a, 181-182, 182! inibição da lançadeira da carnitina por, 188-189 Malonit-CoA-ACP-transacilase, 182, 183f Maltase, 127, 128!-129! na digestão dos carboidratos, 86, 87f Maltase ácida, 127, 1281-1 29! Mamona, e síntese protéica, 437 Manose como epímero, 84, 841 como isômero, 83 conversão em lrutose 6-losfato, 136 Manose-6-fosfato, 136 Mapa metabólico, 89, 901 Mapas de conceitos-chave, 9-10, 10! para a estrutura e síntese do RNA, 4271 para a estrutura protéica, 23! para a losforilação oxidativa, 811 para a glicólise, 1051 para a integração do metabolismo, 3 171 para a obesidade, 3531 para a síntese protéica, 443f para as prostaglandinas, 215! para as proteínas fibrosas, 511 para a via das pentoses-foslato e NADPH, 1531 para estrutura e replicação do DNA, 41 1I para glicosaminoglicanos e glicoproteínas, 169! para hemoglobinas, 401 para hemoglobinopatias, 41 f para macronutrientes, 3691 para o ciclo alimentado/jejum , 333! para o ciclo do ácido cítrico, 1131 para o colesterol, 241 I para o metabolismo da frutose e da galactose, 1411 para o metabolismo de lipídeos da dieta, 177! para o metabolismo do glicogênio, 1331 para o metabolismo do heme, 2871 para o metabolismo do nitrogênio, 257! para o metabolismo dos nucleotídeos, 303! para os aminoácidos, 111 metabolismo de, 2731 para os loslolipídeos, 21 5! Marasmo, 367 Matriz extracelular colágeno na, 43 precursores do colágeno na, 45 Meandro~. motivo protéico, 18! Medula adrenal, tirosina-hidroxilase na, 284 Medula óssea, síntese de heme na, 276-277 Melanina, 286 na fenilcetonúria, 269 no albinismo, 271 Melanócitos, 286 Membrana celular, loslolipídeos na, 199 Membrana interna, partículas da, 74 Membranas em forma de escova absorção de lipídeos pelas, 174, 1751 digestão dos carboidratos nas, 86, 871 Menadiona, 387, 3901 Menaquinona (vitamina K2), 387, 3901 Mensageiro, RNA (RNAm), 393, 413-4 14 codificação para a s íntese protéica, 433 códons do, 429-430, 430! mutações em, 4301, 431-432 reconhecimento pelo RNAt, 434-435 eucariótico, 414, 4 151 modificação pós-transcricional do, 423-424, 424! éxons do, corte-junção dos, 424-425, 4251 expansão de repetições trinucleotídicas, 431, 4311 fntrons do, 424 remoção dos, 424-425, 4251 monocistrônico, 435 mutação com perda de sentido, 430!, 431 mutação no sítio de corte-junção, 425, 432 mutação sem sentido, 4301, 431

mutação silenciosa, 4301, 431 mutações com altera ção do módulo de leitura do, 432, 432f níveis de, determinação dos, 462-463 padrões alternativos de corte-junção do, 425, 4261 policistrônico, 420, 435 seqüência nucleotídica do, alteração da, 430f, 431-432 tradução do, 429!, 429-437 componentes necessár ios para, 432-434, 506 passos da, 435-437, 438!-439! regulação da, 437 Metabolismo, 89-91, 476 ciclo do ácido cítr ico, no, 107 erros inatos do, 266-272 integração do, 291 mapa de conceitos-chave para o, 3171 quatro principais órgãos no, 305 comunicação entre, 305, 3051 regulação do, 92-94, 476 pela cascata da adenilato ciclase, 92-94 por sinais de segundos mensageiros, 92 por sinais intercelulares, 92 por sinais intracelulares, 92 Metabolismo de lipídeos no estado absortivo/alimentado cerebral, 325, 3251 hepático, 3211, 322 músculo esquelético no repouso, 324, 3241 tecido adiposo, 323, 323! no jejum, hepático, 328-329, 3291 tecido adiposo, 329-330, 3301 r..'çtabolismo dos compostos de um carbono, 261 , 264-265, 265!, 372 Metalopor1i rinas, 275. Veja também Por1irinas Metanefrina, 284 Metano, como unidade de um carbono, 264 Metanol, como unidade de um carbono, 264 Metemoglobina, 38 Metemoglobinemias, 38 Metilcobalam1na. 373, 3741, 3901 7-Metilguanosina, no RNA mensageiro, 423-424, 4241 no RNAm eucariótico, 41 4 Metilmalonii-CoA, isomerização da, 373, 3731 Metilmalonii-CoA-mutase, 192, 1931 deficiência de, 267f Metilmaloni/-CoA-racemase, 192, 1931 Metionina, 2731 cadeias laterais da, 21 ca tabolismo da, 261-263, 262! N-lormilada, na iniciação da síntese protéica, 436, 4361 ressíntese da, 262, 262! síntese da, 373, 3731 Metotrexato, 3721, 372-373 como inibidor da diidrofolato-redutase, 301, 372!, 372-373 como inibidor da s íntese de purinas, 292!, 293, 372!, 372-373 Mevastatina, 222 Micelas mistas, 174, 175f Michaelis, constante de (Km), 59, 59! aparente, inibição competitiva e, 60 efetores alostéricos e, 62!, 62-63 inibição não-competitiva e, 61, 611 Michaelis-Menten, equação de, 58-59 Micronutrientes, 355. Veja lambém Vitaminas Microssatélites. DNA, 463, 4631, 464! Mielina, eslingomielina na, 201 Mieloperoxidase (MPO), sistema da, 148, 148! Mineralocorticóides, 235, 235! Mioglobina afinidad e/ligação pelo oxigênio, 28-29 conteúdo a-helicoidal da, 26, 26! curva de dissociação do oxigénio à, 28-29, 29f estrutura da, 25-26, 261 função da, 26 grupo heme da, 25-26, 261, 275 resíduos de aminoácidos polares e apoiares na, 26 Miopatias mitocondriais, 80, 801 Miosina de cadeia leve, cinase da, 149 Mitchell, hipótese de, 77-78 Mitocôndria, 73-74 matri z da, 7 4, 741

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cristas da, 74 estru tura da, 73-74, 741 membrana interna da cadeia de transporte de elétrons na, 73-74, 741 cardiolipina na, 200 síntese de ATP na, 73!, 73-74 sistemas de transporte na, 791, 79-80 oxidação de ácidos graxas na, 188-190, 189! síntese de porfirinas na, 276 sistema citocromo P450-monoxigenase da, 147 Mitocondrial, DNA, 80 mutações do, 80 Mitocondrial, RNA-polimerase, 422 Mitocondrial, seqüéncia de entrada, 437 Mitose, 404, 404! Modificação covalente de enzima s, 63, 631, 64! glucagon no, 120, 120! no estado absortivo/alimentado, 3191, 319320, 3201 no jejum, 327 de proteínas, 440-441 , 4411 ~moles de produto formado por minuto, 57 Molibdênio, ingestão dietética de referência para o, 356! 2-Monoacilglicerol, 1721, 173-174 Monoacilglicerolaciltransferase, 174, 175f Monoaminoxidase {MAO), 284, 284! Monoaminoxidase, inibidores da, 284 Monocistrônico, RNAm, 435 Monofoslato de adenosina (AMP), 73 cíclico. Veja Monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) conversão de IMP em, 293!, 293-294 e gliconeogênese, 120 foslofr utocinase-1 , ativada p or, 97 na degradação do glicogênio, 130, 131f no ciclo da uréia , 253 Monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) ações do, 941 como segundo mensageiro, 92-94, 289 glucagon e, 312 hidrólise de, 94 inibição da síntese de glicogênio por, 132, 1321 na degradação de triacilgliceróis, 187, 188f na degradação do glicogênio, 130-131, 1311 Monofoslato de guanosina (GMP), conversão do IMP a, 293!, 293-294 Monofosfato de guanosina c íclico (GMPc), como segundo mensageiro, 289 Mono fosfato de inosina (I MP) como precursor dos demais nucleotídeos púricos, 291 conversão a AMP e GMP, 2931, 293-294 na síntese de purinas, 291-294, 292f síntese de, 291, 292! Monofosfato de timidina, síntese de, 300-301, 302! Monofosfato de uridina (UMP) Monoméricas, proteínas, 20 Monossacarídeos, 83-84 absorção pelas células da mucosa intestinal, 86 ceramida, 207 ciclização dos, 84 classificação dos, 83, 83f dietas, 363 exemplos de, 83, 831 formas anoméricas dos, 84, 851 ligações glicosídicas entre, 83, 841 metabolismo dos, 135-142 mapa de conceitos-chave para o, 141 f resumo do, 480-481 mutarrotação dos, 84, 851 nos glicosaminoglicanos, 155, 1551 Monóxido de carbono, envenenamento por, 33 Monóxido de carbono, ligação do, e afinid ade da hemoglobina pelo oxigénio, 321, 32-33, 401 Monoxigenases, 147 Moxalactam, vitamina K administrada com, 388 Msnt, endonuclease de restrição, no diagnóstico da anemia falciforme, 456, 457! Mucopolissacarídeos, 155. Veja também Glicosaminoglicanos Mucopolissacar idoses, 161 , 1621 Mucosa do intestino delgado, metabolismo da frutose na, 136 Mucosa intestinal, células da absorção de lipídeos por, 174, 175!, 484


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absorção de monossacarídeos por, 86 enzimas sintetizadas pelas, digestão de carboidratos por, 86, 87f formação dos quilomicra, 226, 227f secreção de lipídeos por, 175, 175f, 484 Multivitaminas, 389 Músculo(s) cardíaco deficiência de carnitina no, 190 lipase lipoprotéica no, 226-227 mioglobina no, 26 comunicaçao com outros órgãos metabólicos, 305, 305f esquelético cálcio e, 130, 130f, 1311 contração do, 130 deficiência de carnitina no, 190 formação de lactato no, 1O1, 116 glicogênio no, 123-124, 124f, 129-130, 130f, 1311 lipase lipoprotéica no, 226 mioglobina no, 26 no exercício, glicogênio como combustível para o, 330 no repouso ácidos graxas como combustível para o, 330 consumo de oxigénio no, 323 no estado absortivo/alimentado, 323-325, 324f, 326f no jejum, 327, 330f, 330, 332f esquelético vs. cardíaco, 324 liso, óxido nítrico e relaxamen to do, 148-149, 149f no diabetes melito, do tipo 1, 337, 337f do tipo 2, 340, 340f, 342 papel metabólico do, 305 Músculo cardíaco deficiência de carnitina no, 190 lipase lipoprotéica no, 226-227 mioglobina no, 26 vs. músculo esquelético, 324 Músculo esquelético cálcio e, 130, 130f, 1311 contração do, 130 deficiência de carnitina no, 190 em repouso ácidos graxas como combustível, 330 consumo de oxigénio no, 323 no estado absortivo/alimentado, 323-325, 324f metabolismo de aminoácidos no, 324f, 324325 metabolismo de carboidratos no, 324, 324f metabolismo de gorduras no, 324, 324f relações entre tecidos no, 326f no jejum, 327, 330f, 330 metabolismo de carboidratos no, 330 metabolismo de lipídeos no, 330, 330f metabolismo de proteínas no, 330, 330f relações entre tecidos no, 332f formação de lactato no, 101, 116 lipase lipoprotéica no, 226 mioglobina no, 26 no exercício, glicogênio como combustível para o, 330 reservas de glicogênio no, 123-124, 124f, 129130 degradação do, 130, 130f, 1311 vs. músculo cardíaco, 324 Músculo liso, óxido nítrico e relaxamento do, 148149, 149f Mutação, 454. Veja também Mutações específicas Mutação com perda de sentido, do códon, 4301, 431 Mutação pontual, 431 Mutação sem sentido, de códon, 4301, 431 Mutação silenciosa, de códon, 430f, 431 Mutações com alteração do módulo de leitura, do RNA mensageiro, 432, 432f Mutarrotação, dos monossacarídeos, 84, 85f

N N-acetilgalactosamina (gaiNAc), síntese de, 158, 159f N-acetilglicosamina (glcNAc), síntese de, 158, 159f N-acetilglicosamina-6-suffatase, deficiência de, 162f N-acetilglicosuffatase, deficiência de, 162f N-acetilglutamato

no ciclo da uréia, 251 , 252f, 253f síntese de, 253, 253f N-acetilneuraminato-CMP-pirofosfatase, 158 N-formiminoglutamato (FIGiu), 260, 2611 teste de excreção com, 260 N-glicosídeos, 85, 85f N-f?rocolágeno-peptidases, 46f-47f, 47 N ' -formiltetraidrofolato, como fonte de átomos para os anéis das purinas, 291, 291f NAo·. Veja Nicotinamida adenina dinucleotídeo NADH, 73, 73f, 377, 377f, 378f como inibidor da isocitrato desidrogenase, 11 O formação do na cadeia transportadora de elétrons, 74-75, 75f na oxidação de ácidos graxos, 190, 1911 na conversão de piruvato em lactato (glicólise anaeróbica), 94, 101 na hipoglicemia induzida por álcool, 315, 315f no ciclo do ácido cítrico, 111 , 111 f oxidação a NAD•, 76, 76f transporte de, para a membrana mitocondrial interna, 79f, 79-80 NADH-citocromo b5 -redutase, deficiência de, e metemoglobinemia, 38 NADH-desidrogenase centro ferro-enxofre da, 75, 75f na cadeia transportad ora de elétrons, 75, 75f NADP• (nicotinamida-adenina-dinucleotídeo-fosfato), 377, 377f forma reduzida da, 377, 377f. Veja também NADPH NADPH, 377, 377f como inibidor competitivo da G6PD, 143-144 estrutura do, 145, 145f mapa de conceitos-chave para, 153f na biossíntese redutora, 145 na deficiência de G6PD, 150 na fagocitose, 148, 148f na redução do peróxido de hidrogénio, 145-147, 146f na síntese de ácidos graxos, 184, 184f na síntese de esfingomielina, 204, 205f na síntese de hormônios esteróides, 235, 236f na síntese do colesterol, 218-219, 219f na síntese do óxido nítrico, 148-149, 149f no sistema citocromo P450-monoxigenase, 147, 147f produção, na via das pentoses-fosfato, 143-145 usos de, 145-149,481 -182 NADPH-oxidase, 148, 148f deficiência de, 148 na [l-talassemia, 38f, 39 Necessidade média estimada (NME), 355, 355f, 356f, 357f Nefropatia diabética, 342f, 343 metabolismo do sorbitol na, 138 Neonatos deficiência de vitamina K em, 388 digestão de lipídeos em, 172 fenilcetonúria em, 269 icterícia em, 282f, 283, 2831, 2871 deficiência de G6PD e, 151 fototerapia para a, 283, 283f prematuros, deficiência de vitamina E em, 389 Neurodegeneração, na doença de Niemann-Pick, 206 Neuroglicopenia, na hipoglicemia, 312-313 Neuropatia diabética, 343 metabolismo do sorbitol e, 138 Neuropatia diabética, 343 metabolismo do sorbitol e, 138 Neuropatia óptica hereditária de Leber, 80 Neurotransmissor(es) na regulação metabólica, 92, 921, 93 óxido nítrico como, 148-149, 1491 Niacina, 377-387, 390f-3911 distribuição da, 377-378 deficiência de, 378, 391 f os três Os da, 378 estrutura da, 377, 3771 formas ativas da, 377, 377f, 390f funções da, 390f indicações clínicas da, 378 ingestão dietética de, 377 fontes de, 377 ingestão dietética de referência para a, 356f para a hiperlipidemia, 378

Nicotinamida, 377, 377f Nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD.), 73, 377, 377f, 390f como coenzima, 54 para a desidrogenase dos o:-cetoácidos de cadeia ramificada, 264 para o complexo da piruvato-desidrogenase, 108, 108f para o complexo da tL-cetoglutarato desidrogenase, 11 O, 11 Of forma redu zida da, 377, 377f, 378f. Veja também NADH na conversão de pi ruvato a lactato (glicólise anaeróbica), 101 NADPH vs., 145 na matriz mitocondrial, 74 no ciclo do ácido cítrico, 111, 111 f oxidação do NADH a, 76, 76f Nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato (NADP'), 377, 377f, 390f forma reduzida da, 377, 377f. Veja também NADPH Ninhidrina, na análise de aminoácidos, 14-15, 15f Níquel, ingestão dietética de referência para o, 356f Nitrogénio destino do, 243-258 como amónia, 254-256 na digestão protéica, 245-246, 491 no ciclo da uréia, 251 -253, 252f, 253f, 491 -492 resumo do, 490-492 metabolismo do, 243-245, 490-491 mapa de conceitos-chave do, 257f nas proteínas da dieta, 245-246 remoção a partir dos aminoácidos, 243, 2 47-251, 257f Níveis máximos tolerados de ingestão (NM), 355f, 356, 3561, 357f Nocaute, camundongos, 465 Norad renalina, 283-284 degradação da, 284, 284f funções da, 283 inibidores da monoaminoxidase e, 284 na integração do metabolismo, 305 síntese da, 284, 284f Normetanefrina, 284 Nuclear, RNA pequeno (snRN A), 413,421-422, 424-425 Nuclear, suporte, 407, 407f Nucleases, 394, 398 Núcleo esteróide, 217 hidroxilação do, 235, 236f Nucleofilamentos, 406-407, 407f Nucleóides, 396 Nucléolo, síntese de RNA no, 421 Nucleoplasma, síntese de RNA no, 421 Nucleoproteína, 393 Nucleosídeo(s), 290, 2901 ésteres de mono-, di- ou trifosfato, 290, 2911 Veja também Nucleotídeos Nucleosídeo 5' fosfato, 290 Nucleosídeo 5' trifosfato, 29 11 Nuc/eosídeo-difosfato-cinase, 11O, 126, 294, 294f Nucleosídeo monofosfato (NMP), 290, 2911 conversão a nucleosídeos di e trifosfato, 294, 294f Nucleosídeos 5' difosfato, 291f Nucleosídeos difosfa to (NDP), conversão de nucleosídeos monofosfato a, 294, 294f Nucleosídeos-monofosfato-cinases, especificidade de bases, 294, 294f Nucleosídeo trifosfato (NTP), conversão de monofosfato em, 294, 294f Nucleossomos, 406f, 406-407, 407f destino na replicação do DNA, 407 5'-Nuc/eotidase, 297, 298f Nucleotidases, 296 Nucleotídeo(s), 290 bases incomuns das, 289-290, 290f açúcar, 164 estru tura das, 289, 289-291, 2901, 291 f, 494 funções dos, 289 ligação de alta energia dos, 290, 291f metabolismo dos, 289-304 mapa de conceitos-chave para o, 303f resumo do, 494-966 pentoses adicionadas aos, 290, 290f pirímidinas degradação das, 302, 495-496 estrutura das, 289f, 289-290, 290f


Índice

formação das, 300, 3011 síntese das, 299-302, 301I, 3031, 495-496 via de salvação para, 301-302 purinas conversão de bases púricas a, 294, 2941 degradação das, 296-299, 298f, 303f, 495 doenças associadas com, 297-299, 2981 estrutura das, 289f, 289-290, 290f precursores, monofosfato de inosina como, 291 síntese das, 291-295, 3031, 494-495 drogas que afetam a, 2921, 293, 3031, 3721, 372-373 passo comprometido da, 291 , 2921 via de salvação para, 2941, 294-295, 3031 síntese de, 289 via das pentoses-fosfato e, 143, 145 Nucleotídeos açúcar, 164 Nucleotídeos pírimídicos, formação dos, 300, 301f Nucleotídeos púricos degradação de, 296-299, 298f, 303f, 495 doenças associadas com, 297-299, 298f estrutura dos, 289f, 289-290, 290f, 3031 precursor, monofosfa to de inosina como, 291 síntese de, 291-295, 303f, 494-495 drogas que afetam a, 292f, 293, 3031, 372f, 372, 373 passo comprometido na, 291, 2921 via de salvação para os, 2941, 294-295, 3031 Nucleotidiltransferase, 423 Número de renovação, em reações catalisadas por enzimas, 54 Nutrição, 355-370 e câncer, 359f, 367f, 367 influência sobre causas comuns de morte, 359f ingestão dietética de referência na, 355f, 355356, 356f, 499 macronutr ientes na, 355-370 mapa de conceitos-chave para, 3691 resumo de, 499-500 vitaminas na, 37 1-392 Nutrientes, 355 classes de, 355, 3551 disponibilidade de, e metabolismo, 92 distribuição hepática de, 320-321 variações aceitáveis na distribuição de macronutrientes, 358f, 358

o 0-glicosídeos, 85, 85f Obesidade, 347-354 alterações metabólicas na, 351 , 499 causa de, 350 células adiposas na, 348, 3481 cintura, 348, 348f deposição de gordura na diferenças anatómicas na, 348, 3481 diferenças bioquímicas na, 348 determinação de, 347-348, 353f, 498 doenças associadas com, risco relativo de desenvolver, 352, 3521 e diabetes melito, 335, 340, 344, 344f, 352, 352f e mortalidade, 351 f, 352 epidémica nos EUA, 347, 3471 e resistência à insulina, 340, 3411, 351 e saúde, 35 11, 352f, 352 farmaco terapia para, 173, 3521, 353 fatores ambientais e comportamentais na, 3 49350 fatores genéticos na, 349, 349f índice de massa corporal na, 347-348 mapa de concei tos-chave para, 353f metabolismo Jipídico e, 171 , 173 moléculas que influenciam a, 350·35 1, 499 moléculas sinalizadoras aferentes na, 350f, 350· 351 quadril, 348, 348f redução de peso na, 352-353, 499 resumo de, 498·499 tecido adiposo na, 322, 350·351 tratamento cirúrgico para, 353 Obesidade da região do quadril, 348, 3481 obesidade e, 352f tratamento da, 237 Okazaki, fragmentos de, 399-400, 404 Óleos, 185 Oligo-ú.(1-?4)- Hx(1-74)·glucan-transferase, 127 Oligomicina, na fosforilação oxidativa, 78

Oligonucleotídeo(s), 296 Oligopeptideos, digestão de, 246 Oligossacar ideos, 83 ceramida, 207 com alto conteúdo de manose, 164, 164f com ligações N-glicosídicas, 163-164, 164f síntese dos, 165·167, 166f, 167f com ligações 0-glicosídicas, 163 síntese dos, 164·165 complexos, 164, 1641 ligação carboidrato-proteína nos, 163 ligados ao dolicol, 165 síntese dos, 165, 166f nas glicoproteínas, estr utura dos, 163-164, 1641 Oligossacarídeos N-ligados, 163· 164, 164f síntese de, 165·167, 166f, 167f Oligossacarideos O-ligados, 163 síntese dos, 164, 164-165 Ómega-3, ácidos graxas, 180, 360f, 36 1 efeitos antitrombóticos dos, 3611, 362 Ómega-6, ácidos graxas, 180, 360·361, 3611 efeitos antitrombóticos dos, 3611, 362 Óperons bacterianos, transcrição de, 418-420, 419f quando a glicose é o único açúcar disponível, 418·419f quando a lactose está disponível, 418-420, 419f Óperons bacterianos, transcrição dos, 418·420, 419f Opsinas, 380, 3811 Ópticas, propriedades, dos aminoácidos, 5, 51 Orgânicas, moléculas, como cc -fatores enzimáticos, 54 Orlistat, 173, 3521, 353 Ornitina - formação a partir da arginina, 260 no ciclo da uréia, 251 , 252f transporte da, 247 Ornitina-transcarbamoilase, 252f deficiência de, 256, 256f Orotato-fosforribosiltransferase, 300, 301 f deficiência de, 3011 Orotidilato·descarboxilase, 300, 301f deficiência de, 3011 Osso(s) colágeno nos, 43 vitamina D e, 386 Osteoblastos, precursores do colágeno formados nos, 45 Osteogênese imperfeita, 49, 49f, 511 do tipo I (osteogênese imperfeita tardia), 49 do tipo 11 (osteogênese imperfeita congénita), 49 Osteomalacia, 386, 387f Ovários, secreção de hormõnios pelos, 235, 237f, 237-238 Oxalacetato carboxilação do piruvato a, 103, 104f, 116-117, 117f produção de NADPH na, 184, 184f citosólico, descarboxilação do, 117f, 117-118 formação do, no catabolismo de aminoácidos, 259-260, 260f inibição da succinato-desidrogenase pelo, 111 na gliconeogênese, 116·118, 117f na síntese de citrato, 109f, 109-11 O no ciclo da uréia, 25 1-253, 252f no ciclo do ácido cítrico, 107, 107f, 109-11O oxidação do maiato a, 111 , 1111 redução a maiato, 117, 117f transporte para o citosol, 117, 117f Oxidantes, drogas, e deficiência de G6PD, 150·151 CJxidases de função mista, 147, 184, 235 Oxido nítrico ações no endotélio vascular, 148-149, 1491 como inibidor da agregação plaquetária, 148· 149, 149f como neurotran smissor, 148-149, 149f e atividade de macrófagos, 148-149, 149f síntese de, 148-149, 149f Óxidonítr ico·sintase, 148-149, 149 f álcool e, 362 endotelial (eNOS), 148 induzivel (iNOS), 148·149 Óxido nitroso (N 20), 148 Oxidorredutases, classificação das, 53f Oxigénio afinidade e ligação da mioglobina pelo, 28-29 afinidade e ligação da hemoglobina ao, 27- 33, 40f

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2,3-bisfosfoglicerato e, 29, 31-32, 32f cooperativa, 29f, 29-30 efetores alostéricos e, 27, 29-33, 40f ligação do dióxido de carbono e, 32, 32f ligação do monóxido de carbono e, 32f, 32·33, 40f PCO, e, 29 pH e, 29, 30f, 30-31 PO, e, 29f, 29·30 saturação na. 28 como substrato da óxido nítrico sintase, 148 molecular, intermediários reativos do, 145· 147, 146f na s íntese de hormônios esteróides, 235, 236f pressão parcial de. Veja P02

p PABA, análogos do, inibição da síntese de pu rinas por, 292f, 293 Palíndromo, DNA, 41 7, 4 17f, 445·446, 446f Palmitato (ácido palmítico), 180f elongação do, 184 síntese do, 182-184, 183f relação com o metabolismo da glicose, 184, 185f Palmitoii-CoA, na síntese de esfingomielina, 204, 205f Palmitoil-tioesterase, 182 Pâncreas, remoção cirúrgica do, anormalidades na digestão de proteínas após, 246 Pancreáticas, célula s das ilhotas

p

destruição, no diabetes melito do tipo 1, 336, 336f disfunção, no diabetes melito do tipo 2, 340, 340f, 342, 3421 fosforilação da glicose em, 96 secreção de insulina por, 305·308, 306f, 308f a, secreção de glucagons pelas, 307, 31 1, 311f Pancreáticas, enzimas deficiência de, na fibrose cística, 172-173 degradação de ácidos nucléicos da dieta, 296, 297f degradação de lipídeos pelas, 172f, 173-174 digestão de carboidratos pelas, 85, 86f digestão de proteínas pelas, 246, 2471 especificidade das, 246, 247f regulação hormonal das, 174, 174f Pancreatite crônica, 246 Pancreozimina. Veja colecistocinina Pares redox, 76, 761 potenciais de redução-padrão (Eo), 76·77, 77f Partículas nucleares pequenas de ribonucleoproteína (snRNP), 424·425, 425f PC02 e afinidade do oxigénio pela hemoglobina, 29 e anemia falciforme, 37 PCR. Veja Reação em cadeia da polimerase Pelagra, 378 Penicilina(s), mecanismo de ação, 62 Pentassacarídeo central, nos oligossacarídeos, 164, 164f Pentassacarídeo central, nos oligossacarídeos, 164, 164f Pentose(s), nos nucleosídeos, 290, 290f Pentoses-fosfato, via das, 143f, 143 -145 e síntese de ácidos graxas, 184, 184f mapa de conceitos-chave para, 153f no estado absortivo/alimentado, 321 , 3211, 323, 323f reações oxidativas irreversíveis na, 143·144, 144f reações reversíveis não-oxidativas na, 1441, 145 resumo da, 481-482 PEP·carboxicinase, 116-118, 1171 glucagon e, 120 Pepsina na digestão de proteínas, 245-246 pH ótimo para a, 58, 581 Pepsinogênio, 245·246 Peptideo C, na síntese da insulina, 306, 306f, 307f Peptidiltransferase, 436, 437f, 438f Pequenas repetições em tandem (STR), polimorfismos. 462 Peristaltismo, 173 Permease, 41 8 Peroxidase, 211 , 212f Peróxido de hidrogénio, conversão do superóxido em, 148


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Índice

redução do, 145-147, 146f, 148 Peroxissomo, 13-oxidação dos ácidos graxos no, 193 Peso. Veja Peso corporal; Obesidade Peso corporal. Veja também Obesidade efeitos de redução e a umento do consumo de alimento sobre o, 349, 349f ponto estabelecido para o, 349 ponto fixo para o, 349 redução do, 352-353, 499 regulação do, 349-350, 499 PEST, seqüência, 245 pH e afinidade do oxigénio pela hemoglobina, 29, 30f, 30-31 e anemia falciforme, 37 e desnaturação enzimática, 57 e velocidade da reação, 57-58, 58f ótimo, para enzimas, 58, 58f prótons diminuindo o, fonte de, 30 Pigmentação, doenças da na alcaptonúria, 272 na fenilcetonúria, 269 Pigmentação da cartilagem, na alcaptonúria, 272 Pigmentos biliares, 280. Veja também Bilirrubina Piridoxal, 3751, 376 Piridoxal-fosfato, 375f, 376, 390f na degradação do glicogénio, 127 na síntese de esfingomíelinas, 204 na síntese de histamina, 285 na síntese de porfirinas, 276 na transaminação de aminoácios, 248, 249f Piridoxamina, 375f, 376 Piridoxamina-fosfato, na tra nsaminação de aminoácidos, 248, 249f Piridoxina, 376. Veja também Vitamina B6 Pirimidina(s) amónia a partir de, 254 bases, no DNA e no RNA, 2891, 289-290, 303f degradação de, 302, 495-496 estrutura das, 289f, 289-290, 2901 síntese de, 299-301, 3011, 495-496 via de salvação para as, 301 -302 Pirofosfatase, 125, 125f, 434 Pirofosfato na replicação do DNA, 401 na síntese do glicogênio, 125, 125f 5-Pirofoslomevalonato, 219, 220f Piruvato carboxilação a oxalacetato, 103, 104f, 116-117, 1171 conversão da glicose a (glicólise aeróbica), 94101,951 produção de NADPH na, 184, 1841 conversão do fosloenolpiruvato a, 100-101 descarboxilação oxidativa do, 94, 103, 1041, 107109,1081 tiamina e, 376-377, 3771 destinos a lternativos do, 103, 104f, 477 formação do, no catabolismo dos aminoácidos, 259, 261, 2611 p rodução de ATP, 100-101 no ciclo do ácido cítrico, 107-109 redução a etanol, 103, 104f redução a lactato (glicólise anaeróbica), 94, 101102, 1021 síntese de glicose a partir do (gliconeogénese), 116-117, 1171 Piruvato-carboxilase, 116-117, 117f, 120 ativação alostéríca da, 11 7 no estado absortivo/alimentado, 321 no jejum, 194 Piruvato-cinase, 100-101 ativação da, 100 deficiência de, 101 desfoslorilação da, 100 formas mutantes da, 101, 1011 glucagon e, 120, 1201 insulina e, 310-311 modulação covalente da, 100-100f no estado absortivo/alimentado, 321 regulação hormonal da, 103, 103f regulação por proação, 100 Piruvato-desidrogenase, 103, 104f, 108, 1081 deficiência de, 109 inibição pela acetii-CoA, 120

irreversibilidade da ação, 116 no envenenamento por arsénico, 99, 109 no jejum, 194 Piruvato-desidrogenase, complexo da, 103, 1041, 107-1 09 coenzimas do, 108, 108f, 376, 3761, 377f deficiência, 109 enzimas componentes do, 108 mecanismo de ação, 108, 1081 no ciclo do ácido cítrico, 107-109 regulação do, 108-109, 1091 Placenta, secreção hormonal pela, 235 Plaquetária, homeostase, prostaglandinas e, 212 Plaquetas, interação da protrombina com , 387, 388f Plasmalogêníos, 200, 2001 Plasmídeos, 396 como vetares de clonagem, 447, 447f Plasminogênio, apo(a) e, 234-235 Plasmodium falciparum, resistência à deficiência de G6PDe, 149 traço de anemia falciforme e, 37, 38f Pneumonia, nutrição e, 359f P02 e afinidade/ligação do oxigénio à hemoglobina, 29f, 29-30 à mioglobina, 29, 29f Poliadenilação, seqüência sinalizadora, 424, 424f Poliadenilato-polimerase, 424 Policistrónico, RNAm, 420, 435 Polidipsia, no diabetes melito, 336, 340 Polifagia, no diabetes melito, 336, 340 Polimerase 5'-->3', na edição do DNA, 401-402, 402f Polimorfismo(s), 454 curtas repetições em tandem, 462 de comprimento do fragmento de restrição, 454459 de nucleotídeo único, 454, 454f na anemia falciforme, 456, 457f na lenilcetonúria, 458f, 458-459, 4591 no diagnóstico pré-natal, 455-459 para traçar cromossomas de pais para filhos, 455 repetições em tandem, 455, 4551 Polimorfismo de comprimento do fragmento de re strição (RFLP), 454-459, 508 de mudanças de uma única base no DNA, 454, 454f de repetições em tandem, 455, 4551 ligação forte no, 458 na anemia falciforme, 456, 4571 na fenilcetonúria, 4581, 458-459, 4 591 para o diagnóstico pré-natal, 455-459 para traçar cromossomas de pais para filhos, 455 variações no DNA resultando em, 454-455 Polimorfismo de nucleotídeo único (SNP), 454, 4."4f Polinucleossomo, 406-407, 407f Poliol, conversão de monossacarídeos em, 137 Polípeptídeo(s), 14-16 clivagem em fragm entos menores, 15, 16f composição de aminoácidos dos, determinação da, 14-15, 15f curvaturasf3, 17, 18f domínios, 18-19 e longação do, 436-437, 437f, 438f estrutura primária do, 14-16 estrutura secundária do, 16·18 não-repetitiva, 17-18 estrutura terciária, 18-20 interações que estabilizam a, 19-20 folhas 13, 17, 17f hélice u dos, 161, 16-17 modificações pós-traducionais dos, 440-441 , 4411-442f, 507 resíduos de aminoácidos nos, 14 seqüenciamento de, a partir da extremidade N, 15, 15f tradução do RNAm em , 429-437 Polissacarídeos, 83 da dieta, 363 Políssemos, 436, 440f Poliubiquitina, cadeia de, 245 Poliúria, no diabetes melito, 336, 340 Pol u, 404, 404f Polf3, 404, 4041 Poly, 404, 4041 Pol <-. 404, 4041 Pol Ç, 404, 4041 Pontes de hidrogénio em aminoácidos, 4, 19, 191

em folhas 13, 17, 17f entre pares de bases no DNA, 395, 395f intercadeias, 17, 171 íntracadeías, 17 na hemoglobina, 27 na hélice u , 16f, 16-17 Ponto estabelecido, para o peso corporal, 349 Ponto fixo, para o peso corporal, 349 Porfiria(s), 277-278, 279f aguda intermitente, 278, 279f crónica, 278 eritropoiética, 277·278, 2791 congénita, 2 76 -278, 2 79f hepática, 277-278, 279f aguda,278 manifestações clínicas da, 277-278, 278f tra tamento da, 278 variegata, 278, 279f Partiria cutânea tardia, 278, 278f, 279f Partiria eritropoiética, 277-278, 279f congénita, 276-278, 279f Porfirina(s) cadeias laterais das, 275 distribuição das, 276, 276f degradação da, 280, 280f, 281I estrutura, 275-276, 2761 metabolismo da, 275-283, 492 síntese das, 276f, 276-277, 277f defeitos na, 277-278, 279f inibição pelo produto final, hemina, 276f, 277 passo controlador da velocidade, 276 tipo I, 276, 276f tipo III, 276, 276f Portirínogênios, 276 Porfobilinogénio, 276f, 277, 277f Pós-traducional, modificação, 507 de cadeias polipeptídicas, 440-441 , 4411-422f do colágeno, 45 Pós-transcricional, modificação, 422-425, SOS do RNA ribossómico, 422f, 422-423 do RNA transportador, 423, 423f Potencial de redução padrão (E' ), 76-77, 77f relação com a variação- padrão de energia livre, 77 P ré-p ró- insulina, 306, 306f, 307f P ré-ribossomal, RNA, 422 Pregnenolona, 235f como precursor de hormõnios esteróides, 235, 236f conversão d o colesterol em, 235, 236f isomerização à progesterona, 235, 236f oxidação d a, 235, 236f Prenilação, 219 Pressão parcial de dióxido de carbono. Veja PCO, Pressão parcial de oxigénio. Veja P02 Pribnow, caixa, 415-41 6, 4161 Primase, 400, 400f, 414 Primeira ordem, reações de, 59, 591 Primossomo, 400 Príon, p roteína, 22, 22f Pró-cadeias a, na síntese de colágeno, 45, 46f Probenecide, para a gota, 299 Procariótica, transcrição gênica, 414-420, 504-505 alongamento na, 416,41 61 antibióticos direcionados à, 418, 418f a partir de óperons bacterianos, 418-420, 419f quando a glicose é o único açúcar dispon ível, 418, 419f quando a lactose está disponível, 418-420, 4 19f iniciação, 415-416, 416f palíndromo de DNA e, 4 17, 417f regulação negativa, 418, 419f regulação positiva, 418-419, 4 19f terminação, 416-418,4171 dependente do fator RHO (p), 4 16 -417, 417f independente do fator RHO (p), 416-418, 417f volta em forma de grampo na, 417, 417f Procariótico, DNA, 393 alongamento da cadeia no, 400-402, 40 1f edição, 401-402, 402f fita contínua, 399, 400f fita descontínua, 39g, 4001 forquilha de replicação, 397-399, 398f proteínas necessárias para a separação da dupla hélice, 397-398, 398f replicação do, 396-404, 502-503


Índice

bidirecional, 397, 398f complexo pré-iniciador para a, 397, 400 contínua, 399 descontínua, 399, 400f iniciador de ANA para, 400, 400f excisão e substituição do, 402-403, 403f origem da, 397, 398f problema da supertorção, 398-399, 399f semiconservativa, 396, 397f sentido da, 399, 400f Processos favoráveis, 72, 72f Pró-colágeno, 46f, 47 clivagem extracelular do, 46f-47f, 47 Pró-colágeno-peptidases, 46f-47f, 47 deficiência de, e síndrome de Ehlers-Danlos, 48 Progesterona, 235f isomerização da pregnenolona a, 235, 236f Progestinas, 235, 235f P roinsulina, 306, 306f, 307f P rojeto genoma humano, 445, 450 P rolactina, 140 Prolil-hidroxilase, hidroxilação do colágeno pela, 45f, 47 Prolina cadeias laterais, 2f, 4, 4f degradação de proteínas contendo, 245 ca tabolismo da, 260 em curvaturas p, 17 grupo imino da, 4, 4f na elastina, 49 no colágeno, 45 hidroxilação do, 45. 45f, 46f, 47 síntese, 266 Promotor, ativação do. elementos de resposta a hormõnios e, 238, 239f Promotor, na transcrição eucariótica, 421, 4211 Promotora, região, na transcrição, 414-415, 418 Propeptídeos, na biossíntese do colágeno, 46f-47f, 47 Propionii-CoA catabolismo de aminoácidos formando, 263-264, 2641 conversão a succinii-CoA, 263 metabolismo, 191-192, 1931 Propionii-CoA-carboxilase, 191 , 193f Prostaciclina (PGI2 ), 2111, 212, 213f Prostaglandina(s), 21 1-212, 487 ácidos graxas como precursores de, 179 estrutura, 2111 gorduras poliinsaturadas n-6 e n-3 e, 361f, 362 mapa de conceitos-chave para as, 2151 na homeostase de plaquetas, 212, 2141 PGE2, 2111, 2 131 PGF2a, 21 11, 2131 PGH2, síntese de, 211, 212f PGI2, 2111,212, 2131 síntese, 211 -212. 2121. 2131, 2 15f inibição da, 21 1-212 substratos para a, 202 Prostagtandina-endoperóxido-sintase, 21 1, 212f isozimas da, 211 Proteases, inibidores, 405 Proteassomos, na degradação de proteínas. 2 44245, 245f, 441 Proteína(s) alvos. 437 aminoácidos apoiares, localização, 2-4. 4f análise de, 463-464 carboxilação, 441 , 442f clivagem, 440 composição de aminoácidos das, 13-16 análise de DNA da, 15-16 determin ação da, 14-16 conformação nativa, 22, 23f curvaturas p, 17, 181 de curta duração. 244 degradação de, 244-245, 441 mecanismo ubiquitina-proteassomo para, 244245,2451 sinais químicos para, 245 de longa duração, 244 desfosforilação, 93 desnaturação, 21 , 470 agentes para, 21 reversibilidade da, 21 diméricas, 20 dobramento das, 13, 20, 20f chaperonas no, 20

erros ou mutações no, 21 -22, 470 domínios, 18-19 estrutura, 13-22 em solução aquosa. 18 hierarquia da, 13, 131, 23f mapa de conceitos-chave para, 23f primária, 13f, 13-16, 23f, 470 quaternária, 13, 13f, 20, 23f, 470 resumo da, 4 70 secundária, 13, 13f, 16-18, 23f, 470 não-repetitiva, 17-18 super-secundária (motivos), 18, 18f, 19 terciária, 13, 13f, 18-20, 23f, 470 interações que estabilizam a, 19-20 farnesilada s, 441 , 442f fibrosas, 43-52. Veja também Cotágeno; Elastina resumo das. 472-473 folhas P. 17, 17f fosforilação das, 440-441• 4 11 f funções, 1 glicosilação, 441 , 4411 globulares, 18-20, 25-42, 163. Veja também Hemoglobina; Mioglobina resum o das, 471-472 hélice a das, 16f, 16-17 hidroxilação, 441 , 442f ligações peptídicas nas, 13-14, 14f meias-vidas, 244 membranas, ancoramento a, fosfatidilinositot e, 203-204, 204f metabolismo das, glucagon e, 312 no jejum, 330, 330f --modificação covalente. 440-441 , 441f modificações pós-traducionais, 440-441 , 411 f442f, 507 monoméricas, 20 multiméricas, 20 na dieta, 355, 3551, 365-367, 3691, 500 conteúdo energ ético, 357, 357f com diferentes aminoácidos limitantes, 365, 3661 de fontes vegetais, 365, 3651 de origem animal, 365, 365f digestão de, 245-246, 2461, 491 anormalidades na, 246 p elas secreções gástricas, 246-246, 2461 por enzimas pancreáticas, 246, 247f e balanço de nitrogénio, 366 e feito poupador dos carboidratos e. 366 ingestão deficiente de, 366-367, 367f ingestão excessiva. 366 necessidades, 366 qualidade da, 365, 3651 variações aceitáveis na distribuição de. 358, 3581 ribossomais, 433 síntese de, 4291, 429-444 alongamento, 436-437, 438f componentes necessários, 432-434 inibidores da, 437, 438f-439f iniciação da, 435-436, 4381 insulina e. 309 mapa de conceitos-chave para a, 443f no estado absortivo/alimentado, 321 I, 322. 324,3241 passos na, 435-437, 4381-4391, 506 regulação da, 437 resumo da, 505, 507 terminação da, 437. 439f triméricas, 20 Proteína-oligossacarídeo-transferase, 165 Proteína DnaA, 397 Proteína animal, 365, 365f Proteína a tivadora de genes de catabolismo (CAP), 418, 4 19f Proteína central dos glicosaminoglicanos. 156, 158f, 159 Proteína-cinase(s) dependente de AMPc, 93, 93f, 187, 1881 glucagon e, 312 na degradação do glicogênio, 130-131, 1311 na regulação da piruvato-cinase, 100, 1OOf na tosforilação, 63 no complexo pir uvato-desidrogenase, 108, 109f pir uvato como inibidor da, 108 Proteína-cinase A, 93 na inibição do glicogênio, 132, 132f

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Proteína-cinase C, na transmissão de sinal, 203, 203f Proteína-cinase dependente de AMPc, 93, 93f, 187, 188f glucagon e, 312 na degradação de glicogênio. 130-131 , 1311 na regulação da piruvato-cinase, 100, 1OOf Proteína-cinase G, 149 Proteína de ligação ao elemento de resposta a esteróis (PLEAE), 220-221 , 221f Proteína-losfatase(s). 93 Proteína-fosfatase 1, 130-131, 1311, 132, 1321 Proteína ligadora de ácidos graxas, 188 Proteína reguladora da glicocinase, 97, 97f Proteína regul adora do AMPc (CAP), 418, 419f Proteínas de choque tér mico, 20 Proteínas de ligação, nos agregados de p roteoglicanos. 156, 158f Proteínas de ligação a DNA de fita simples (SSB), 397, 3981 P roteínas do tecido conjuntivo, 49. Veja também Colágeno; Elastina Proteínas fibrosas, 43-52. Veja também Colágeno; Elastina mapa de conceitos-chave para as, 51f resumo das, 472-473 Proteínas G, 93, 93f Proteínas globulares, 25-42. Veja também Hemoglobina, Mioglobina em solução aquosa, 18 estrutura terciária das, 18-20 resumo de, 471-472 Proteínas multiméricas, 20 Proteínas reguladoras dependentes de guanosina tri fosfato. 93, 93f Proteína transferidora de triacilglicerol, 226, 229 Proteína vegetal, 365, 365f Proteoglicano(s), 155 cartilagem, 156, 158f estrutura dos, 156, 158f região de ligação com a proteína, 156, 158f vs. glicoproteínas, 163 Proteoglicanos, agregados, 156, 158f Proteoglicanos, monômeros. 156 estrutura, 156, 158f modelo da escova para frascos. 156, 158f Proteoglicanos na cartilagem, 156, 1581 Proteômica, 463-464, 464f Protéticos, grupos, 25, 54 Próton s, transporte de, acoplado com transporte de elétrons, 77-78, 78f Protoporfiria eritropoiética, 278, 279f Protoporfir ina IX, 277f no heme. 25, 25f Protoporfirinogênio-oxidase, deficiência de, 279f Protrombina deficiência de, 388 interação com plaquetas, 387, 388f síntese de, 387 PRPP-sintase, 291, 291 f mutaçõesa ligadas ao X na. 297 Prurido. na porfiria, 277-278 Pseudogenes,34 Psoríase. ácido retinóico para a, 382, 383f Pulmões, surfactante losfatidil colina e, 200, 205 na síndrome da angústia respiratória, 200 Pulmões, o.,-antitripsina nos, 50 Purina(s) amónia a partir de, 254 bases conversão a nucleotídeos, 294, 294f no DNA e no ANA, 289f, 289-290, 303f Purina-nucleosídeo-fostorilase, 297, 298 f Puromicina, 438f

a Quantidade diária recomendada (QDA), 355f, 355356, 3561, 357f Quepe, no ANA mensageiro. 414. 41 51, 423-424, 4241 Queratan sulfatos, 157f degradação dos, 160-161 Queratinas, hélice a das, 16 Quilo, 175 Quilomícron(a). 175, 175f, 225 composição de, 230f formação de. 226, 227f


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Índice

metabolismo das, 226-229, 227f no diabetes melito, tipo 1. 337f, 338 tipo 2, 342, 3431 partículas nascentes. modificações das, 226, 227f tamanho e densidade das, 225, 225f Quimiosmótica, hipótese, 77-78 Quimo, 175 Quiralidade, nos aminoácidos, 5, 5f

R R, grupo. Veja Cadeias laterais, dos aminoácidos Raquitismo nutricional, 386 renal, 386 Raquitismo nutricional, 386 Raquitismo renal (osteodistrofia renal), 386 Ras proteína, 219 Reação em cadeia da polimerase (PCR), 447, 459· 462, 508 aplicações. 462 construção do iniciador na. 461 na fibrose cística, 462, 462f para análise forense de amostras de DNA, 462 para comparação de um gene norma l clonado com um gene mutante não-clonado, 462 para detecção de seqüências pouco abundantes de ácidos nucléicos, 462 passos na, 460f, 460-461, 4611 vantagens, 461 Reações de acoplamento energia, 72f, 72-73 intermediário comum para. 72-73 Reações de ordem zero, 59, 59f Reações endoergõnicas, 70 Reações exoergônicas, 70 Reações no sentido direto, variação da e nergia livre em, 70 Reações reversas, variação de energia livre nas, 70 Receptor de insulina, proteínas substrato do, 309, 309f Receptores removedores em macrófagos, captação de LDL quimicamente modificadas por, 232 Receptor removedores classe A (RRA), 232 Receptor removedores classe B (RRB), 234 Recombinante, DNA, 446, 447f Redutase dependente de NAOPH, 193 Remanescentes de quilomicra, destino, 176 endocitose de, 228-229 formação, 228-229 Renina, 237 Re novação d e proteínas, 243-245, 244f velocidade de, 244 Reparo, sistema de, direcionado pela fita de DNA, 408, 408f Reparo de extremidades não-homólogas, do DNA, 409 Reparo por recombinação homóloga, do DNA. 409 Repetições em tandem, número variável de (VNTR), 455, 455f Replicação bidirecional, do DNA, 397, 398f Replicação semiconservativa, do DNA, 396, 397f resiliência dos, 156, 157f Resistência à insulina, causas da, 340-342 no diabetes melito do tipo 2, 340f, 340-342 obesidade e, 340, 3411, 351 Resistina na obesidade, 351 no diabetes me lito, 342 Respiratório, controle, d a produção de energia, 1 12 Restrição calórica, pa ra a perda de peso, 352 resumo de, 482-483 Retardo mental, na fenilcetonúria, 269, 269f Retículo endoplasmático liso, sistema do citocromo P450-monoxigenase do, 147 rugoso precursores do colágeno no, 45 ribossomos no, 434 síntese de apolipoproteínas no, 226 síntese de glicoproteínas no, 164-165, 165f, 166f síntese de colesterol no, 218 síntese de glicoesfingolipídeos no, 208

síntese de glicosaminoglicanos no, 156, 159 Reticuloendotelial (RE), sistema. d egradação do heme no, 280, 280f Retinal, 379, 380f, 390f 11-eis. 380, 3811 Retinóides, 379-3 84, 390f, 3911 estr utura dos. 379-380, 380f função dos, 380-382, 3811 indicações clínicas para, 382-383 mecanismo de ação, 380, 382f toxicidade dos, 383-384 Retinol, 379, 380f, 390f como suplemento na dieta, 382 oxidação a ácido retinóico, 382f Retinol, proteína ligadora de (PLR), 380, 3811 celular, 380 plasmática, 380, 382f Retinopatia diabética, 342f, 343-344, 344f metabolismo do sorbitol e, 138 Retinopatia diabética, 342f, 343-344, 344f metabolismo do sorbitol e, 138 Retroalimentação, inib ição por, de enzimas, 63, 63f RFLP. Veja Polimorfismo de comprimento do fragmento de re strição Riboflavina, 378, 378f, 378, 390f deficiência de, 378, 39 11 função da, 390f ingestão dietética de referência para a, 356f Ribonucleases, 296, 394 5'- Ribonucleosídeos trifosfato, na replicação do DNA, 400-401 Ribonucleosídeos, 290 Ribonucleosídeos fosfato, 290, 2911. Veja também Nucleotídeo(s) Ribonucleosídeos trifosfato, 416 Ribonucleotídeo(s) como produto final da síntese de purinas, 291 conversão em desoxirribonuc leotideos, 295f, 295-296 Ribonuc/eotídeo-redutase, 295f, 295-296 reduzida, regeneração da, 2 95 regulação d a, 2 96, 296f srtio de atividade da, 296, 296f sítio de especificidade ao substrato, 296, 296f Ribose no RNA, 413 nos nucleosídeos. 290 Ribose-fosfato, esqueleto de. no DNA, 394f, 394395, 395f Ribose-5-fosfato, formação de a partir de intermediários da glicólise, 145, 145f a partir de ribulose-5-fosfato, 145 na via das pentoses-fosfato, 143, 145, 145f Ribossomais, proteínas, 433 Ribossomal, RNA (RNAr), 413-414, 414f, 433, 434f · maior, 421 menor, 422 modificação pós-transcricional do, 422f, 422-423 Ribossomos, 414 composição dos, 433, 434f funcionalmente competentes, 433-434 localização celular dos, 434 maior e menor, subunidades, 433 sítios A, P e E nos, 434 valores do coeficiente de sedimentação ou S (Svedberg), 433 Ribozima, 436 Ribulose-5-fosfato, na via das pentoses-fosfato, conversão em intermediários da glicólise, 145 conversão em ribose-5-fosfato, 145 for mação de, 143-144, 144f Ricina, 437 Rifampicina, 418, 41 8f Rins gliconeogênese nos, 11 5 metabolismo da frutose nos, 136 sistema do citocromo P450-monoxigenase dos, 147 Rho (p) , fator, da RNA-polimerase, 41 5 reconhecimento d e seqüências n ucleotídicas de consenso pelo, 415-416, 4161 término da transcrição dependente de, 41 6-417, 417f Rodopsina, 380, 3811

s S-Adenosil-homocisteína, 262, 262f S-Adenosilmetionina (SAM), 261 -263

como carregador de unidades de um carbono, 261, 264-265 em modificações pós-transcricionais, 424 grupo metila ativado da, 262 hidrólise de, 262f. 262-263 na síntese de catecolaminas, 284, 2841 na síntese de creatina. 285, 285f síntese de, 261-262, 2621 Saca rase deficiência de, 87 na digestão de carboidrato s, 86, 87f Sacarose, 135 ingestão de, na dieta, 363 e doença, 365 Sais biliares, 222-224, 488-489 aumento da natureza antipática dos, 223 circulação entero-hepática dos, 223, 224f colesterol como precursor dos, 222 deficiência de, 224, 224f emulsificação dos lipídeos da dieta por, 1721, 173 estrutura dos, 173, 173f flo ra intestina l, ação sobre os. 223 secundários, 223, 2241 síntese dos, 223, 2231 Sangue, transfusões, 2,3-bisfosfoglice rato em, 32, 32f e hemossiderose, 37, 39 na anemia falciforme, 37 na ~-talasse m ia, 39 Saturadas, gorduras, 359, 360f SCID. Veja Doença da imunodefi ciência combinada grave Scrapie, 22 Secretina, 174, 174f, 246 e secreção de insulina, 308 Segundos mensageiros, 92-94, 289 Selênio, ingestão dietética de referência para o, 356f Senescência celular, tefomerase e, 405, 405 f Seqüência -GCA, 423. 423f Seqüenciamento do DNA. Veja também Análise do DNA para a estrutura primária d e proteínas, 15- 16 Seqüências-consenso para a replicação do DNA, 397 para a transcrição do RNA eucariótico, 421, 4211 procariótico, 415-416, 4161 Seqüências flanqueadoras, na reação em cadeia da polimerase, 461 Seqüência sinalizadora, para o colágeno, 45 Seqüências nucleotidicas. 394, 3941 alteração das, conseqüências de, 430f, 431 -432 mapeamento de, 445. Veja ta mbém Análise do DNA Seqüestradores de ácidos b iliares, 223 Serina cadeias laterais da, 3f, 4 como sítio de lig ação para outros compostos, 4 grupo hidroxílico polar na, 4 catabolismo da, 261, 261 f degradação de p roteínas contendo, 245 interconversão com a glicina, 261, 2611, 266 na s íntese de cisteína, 262-263, 266 na s íntese de esfingomielina, 204, 2051 nos fosfo lipídeos, 199f, 200 no s p roteoglicanos. 156 síntese de, 266 Serina-hidroximetiltransferase, 266 Serotonina, 285-286 funçõ es da, 285-286 inibidores da monoaminoxidase e, 284 síntese de, 285-286, 2861 S hine-Dalgarno, seqüência de, 435-436, 4361 Sibutramina, 353 Silenciadores, na transcrição eucariótica, 422 Simpáticos, gânglios, tirosina-hidroxifase nos, 284 Sinal de localização nuclear, 437 Sinalização endócrina, 92f Sinalização química, regulação metabólica via, 92,94 Sináptica, sinalização, 921 Síndrome encefalo -hepatorrenal, 193 Síndrome da angústia respiratória, surfactantes e, 200 Síndrome da imunodeficiência adquirida (AIOS), 405


Índice

Síndrome da morte súbita em bebês, deficiência de AGDM-desidrogenase na, 191 Síndrome de Crigler-Najjar, 283 Síndrome de Hunter, 161, 162f Síndrome de Hurler, 162f Síndrome de Lesch-Nyhan, 294f, 294-295, 295f, 297 Síndrome de Marfan, mutação no gene da fibrilina e,49 Síndrome de McArdle, 128f Síndrome de resistência à insulina, 351 Síndrome de Reye, deficiência da desidrogenase de AGDM, 191 Síndrome de Sanfilippo, 162f Síndrome de Sly, 162f Síndrome de Smith-Lemli-Opitz (SLOS), 219-220 Síndrome de Wernicke-Korsakoff, 377 Síndrome de Zellweger, 193 Síndrome dos ossos frágeis. Veja Osteogênese imperfeita Síndrome do X frágil, 431, 4311 Síndrome metabólica, 351 Síndromes de imunodeficiência. Veja também Vírus da imunodificiência humana (HIV); Doença da imunodeliciência combinada grave, reparo de defeitos no DNA e, 409 Síndrome X, 351 síntese de, 156-160 Sinvastatina, 222, 2221 inibição competitiva de enzimas pela, 61 Sistema nervoso central. Veja também Encéfalo tirosina-hidroxilase no, 284 Sitio A, no ribossomo, 434 Sítio E, no ribossomo, 434 Sitio P, no ribossomo, 434 P-Sitosterol, 218 Sobrepeso, classificação de, 347 Soja, proteína de, e doença cardíaca coronaria na, 362 Sondas de DNA, 445, 445f, 450-452, 508 biotiniladas, 451-452 hibridização a fragmentos de DNA, 45 1 oligonucleotideos, 451,4511, 464f na anemia falciforme, 451 , 451 I, 452f Sondas de oligonucleotideos, 4641 na anemia falciforme, 451, 4511, 4521 sintéticas, 451 , 4511 Sorbitol conversão de glicose em frutose via, 137-138, 138f e catarata no diabetes melito, 138, 344 hiperglicemia e, 138 síntese de, 137-138, 1381 Sorbitol-desidrogenase, 137-138, 1381 Southern, transferência de, 452-454, 4641 detecção de mutações pela, 452-454 procedimento experimenta l para, 452, 4531 variantes, 452 Spliceossoma, 424 Substância basal, 155 Substratos enzimáticos, 53 Succinato, oxidação do, 111 , 11 1I Succinato-desidrogenase inibição da, 111 na cadeia de transporte d e elétrons, 75, 79 na oxidação do succina to, 11 Of, 11 1 Succinato-tiocinase, 11 O, 11 Of Succinii-CoA, 379 clivagem da, 11 O, 1101 conversão de propionii-CoA em, 263 conversão d o a -cetoglutara to em, 11 0, 110f formação de, no catabolismo de aminoácidos, 259, 261-263, 262f, 264, 264f na síntese de porfirinas, 276, 276f síntese de, 192, 193f Succinii-CoA-sintase, 11 0, 110f Suco gástrico, 2 45-246 Sulfanilamida, como inibidor da síntese de ácido fólico, 372f Sulfatideos, 207 Sulfato, grupos adição de, na síntese de glicoesfingolipideos, 208, 208f nos sulfatídeos, 20 7 Sulfinpirazona, para a gota, 299 Sulfonamidas, como inibidores da síntese de purinas, 292f, 293 Sulfotransferases, 160

Superfamilia de reguladores gênicos, 238 Superóxido, 148 na partiria, 278 Superóxido-dismutase, 146, 148 Supertorções, na replicação do DNA, 398-399 negativas, 398-399 positivas, 398-399, 399f resolvendo o problema das, 398-399, 399f Surfactante, 205 fosfatidilcolina e, 200 na síndrome da angústia respiratória, 200 Svedberg, valores de, para os ribossomos, 433

T Talassemia(s), 35, 38-39 a, 39, 39f, 411 e doença da hemoglobina H, 39, 39f e hidropisia fetal, 39, 39f portadores silenciosos da, 39, 39f ~. 38f, 39, 411 maior, 38f, 39 menor, 38f, 39 Talassemia, traço de, a, 39, 39f p, 38f, 39 Tampões aminoácidos como, 5-6 definição de, 6 Tandem, repetições em, 455, 455f Taql , endonuclease de restrição, 446, 446f Taq-polimerase. na reação em cadeia da polimerase, 461 TATA, caixa, 421 , 4211 Ta· ;. proteína, na doença de Alzheimer, 21 Taurina, ácidos biliares conjugados à, 223, 223f Taxa metabólica, no repouso, 357, 357f Tecido adiposo ácidos graxas no, como reserva de combustível, 187 como depósito de energia armazenada, 322-323 comunicação com outros órgãos metabólicos, 305, 305f destino dos triacilgliceróis no, 187 hormõnios do, e obesidade, 350f, 350-351 lipase lipoprotéica no, 226-227 na obesidade, 322 no diabetes melito. tipo I, 337, 337f tipo 11, 340, 340f, 342, 343f no estado absortivo/a limenta do, 322-323, 323f metabolismo de lipideos no, 323, 323f metabolismo dos carboidratos n o, 323, 323f relações entre tecidos no, 326f no jejum, 327, 329-330, 330f metabolismo dos carboidratos no, 329, 330f metabolismo dos lipídeos no, 329-330, 330f relações entre tecidos no, 332f papel metabólico do, 305 Tecidos periféricos transporte de amônia dos, 250, 2511 utilização de corpos cetõnicos por, 193-194, 195f Tecidos reprodutivos síntese de colesterol nos, 2 18 vitamina A e, 382 Te/omerase, 404-405, 405f Telômeros, 405, 405f Temperatura de fusão de ácidos graxas, 180 do DNA, 395, 396f e desnaturação de enzimas, 57 e velocidade da reação, 57, 571 Temperatura de fusão do DNA, 395, 3961 dos ácidos graxas, 180 Terapia com oxigénio, para o enve nenamento com monóxido de carbono, 32 Terapia de hidratação, na anemia falciforme, 37 Terapia de reposição gênica, 465 para deficiência de ADA, 299, 464-465, 4651 Térmico, efeito, do alimento, 357, 3571 Terminação, códons de, 430, 430f, 431 , 439f Terminação, região de, na transcrição, 415 Termogenina (UCP1 ), 79 Teste de tolerância à glicose, 336 resultados fa lso-positivos no, 336 Testes de tole rância oral, para deficiências de enzimas digestivas. 87

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Testículos, secreção hormonal pelos, 235, 2371, 237-238 Testosterona, 235, 235f se creção de, 237 síntese d e, 2361 Tetraciclinas, 438f Tetraidrobiopterina, 266 como coenzima, para a óxido n ítrico-sintase, 148 na fenilcetonúria, 268, 268f Tiamina, 376-377, 390f, 3911 defi ciência de, 376-377, 391 f estrutura da, 376, 3761 forma a tiva da, 376, 376f, 390f. Veja também Tiamina-pirofosfato função da, 3901 indicações clínicas para a, 376-377 ingestão dietética de refe rência para a, 356f para a doença d o xarope de bordo, 271 Tiamina-pirofosfato, 376, 3761, 390f como coenzima, 376, 377f para a desidrogenase dos a-cetoácidos de cadeia ramificada, 264 para o complexo da piruvato-desidrogenase, 108, 108f, 376, 376f, 377f para o complexo da a -cetoglutarato d esidrogenase, 1 1O, 376, 376f, 377f Timidila to-sintase, 300-301 , 3021 inibição da, 300-301 Timidina, 290 síntese de, drogas inib indo a, 372f, 372-3 73 via de salvação para a, 301-302 Timidina-cinase, 301-302 Timina, 289, 289f, 303f, 394, 394f dano e reparo da, 409, 409f pareamento com adenina, 395, 395f, 396f Timina, dimeros de, 408-409 Tiocinase (acii-CoA-sintase), 174, 175f, 188 Tiogalactosídeo-transacetilase, 418 Tiorredoxina, 295, 295f reduzida, regeneração d e, 295, 295f · Tiorredoxina-redutase, 295, 2951 Tirosina cadeias laterais da, 3f, 4 como sitio de ligação para outros compostos, 4 grupo hidroxila polar na, 4 catabolismo da, 261, 2611, 263 alterações no, 261 defeito metabólico no albin ismo, 271 formação de melanina a pa rtir da, 286 na fenilcetonúria, 26 9-270 síntese de, 266 síntese de catecolaminas a partir da, 284, 2841 Tirosina-cinase, no receptor d a insulina, 309, 309f Tirosinase (ti rosina-hidroxilase), 284, 284f, 286 deficiência de, no a lbinismo, 271 na fenilcetonúria, 269 Titulação de aminoác idos, 6f, 6-8, 81 Tocoferol, 390, 390f a, 389 Toxina colérica, receptores de superfície celular para a, 206 Toxina diftérica, 439f Toxina tetânica, receptores de superfície celular para a, 206 Tradução, do ANA mensageiro, 4291, 429-437 componentes. necessários, 432-434, 506 iniciação da, 435-436, 438f passos na, 435-437, 438f-439f Trans, ácidos graxas, 362, 362f Trans, configuração, da ligaçã o peptídica, 14, 14f Transa/do/ase, 145 Transaminação, d e aminoácidos, 243, 247-249, 248!, 248-249, 2491, 259 de cadeia ra mificada, 264 equilíbrio da reação, 249 Transaminases. Veja Aminotransferase(s) Transcetolase, 145, 376-377, 377f Transcortina (globulina ligadora de corticosteróides), 235 Transcrição, 393, 4 13, 413f, 42 7f alongamento, 416, 416f a partir de óperons bacterianos, 418-420, 419f como alvo de antibióticos, 418, 4181 elementos de resposta a hormônios e, 238, 239f eucariótica, 420-422 estimuladores na, 421 f, 422, 422f promotores na, 4 21, 421I


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Índice

iniciação da, 415-416, 416f palíndromo de DNA e. 417,4171 procariótica. 414-420 regulação negativa da, 418, 419f regulação positiva da, 418-419, 419f terminação. 416-418, 417f volta em forma de grampo e, 4 17, 417f Transcrição gênica, 393, 413, 413f, 427f elementos de resposta a hormônios e, 238, 239f eucariótica, 420-422 estimuladores, 4211, 422, 4221 promotores. 421, 4211 procariótica, 414-420 alongamento, 416, 416f antibióticos direcionados à, 418, 418f de óperons bacterianos, 418-420, 419f iniciação da, 415-416, 4 16f palíndromo de DNA e, 4 17, 417f regulação negativa da, 418, 419f regulação positiva da, 418-419, 419f terminação da, 416-41 8, 417f volta em forma de grampo, 417, 417f Transcrição gênica em eucariotos, 420-422, 505 estimuladores na, 4211, 422, 422f promotores da, 421 , 421 f Transcriptase reversa, 405, 449, 449f Transcrito primário, na transcrição do RNA, 415, 422-423 Transferases, classificação das. 53f Transferência de northern (northern blot), 452, 462-463, 464f Transferê ncia de western, 452, 463, 464f no teste de exposição ao HIV, 464, 464f Transtormilase, 436, 436f Transgénicos. animais, 465 Transição, estado de (r). em reações catalisadas por enzimas, 55f, 55-56 estabilização do, sítio ativo e, 56 visualização do, 56, 56f Translocação. 436 Transmissão de sinal ceramidas na, 205-206 esfingosina na, 205-206 fosfatidilinositol na, 203, 203f insulina na, 309, 309f segundos mensageiros na, 92-94, 289 Transplantes, rej eição de, prevenção de, ácido micofenólico para, 2931, 294 Transportador, RNA (RNAt), 413-414, 414f, 422 anticódon do, 432-433 ligação antiparalela com o códon, 434, 435f bases incomuns do, 414, 414f, 423 como moléculas de adaptação, 433 iniciador, 436, 436f ligação de aminoácidos a enzimas necessár ias para, 433, 433f sítio pa ra, 432, 432f modificação pós-transcricional do, 423, 423f na síntese protéica, 432-433 pareamento de bases intracadeia no, 414, 414f reconhecimento do códon pelo, 434-435 síntese de, 422 sítios ribossomais de ligação ao, 434 Transportadores de glicose, 95, 95f GLUT-1, 95 GLUT-2, 95 GLUT-3, 9S GLUT-4, 95, 310 GLUT-5, 95 GL UT-7, 95 isoformas dos, 95 funções especializadas de, 95 sensíveis à insulina, 310, 310f Treonina cadeias laterais da, 3f, 4 como sítio de ligação para outros compostos, 4 grupo hidroxila polar das, 4 catabolismo da, 263, 264f degradação de proteínas contendo, 245 Treponema pallidum, cardiolipina e, 200 Tretinoína, 382, 383f Tri-hexosídeo, nos proteoglicanos, 156 Triacilglicerol ácidos graxas componentes dos. 179-181, 185187 liberação dos, 187-1 88, 188f a rmazenado, mobilização do, 187-1 93

armazenamento de, 186 como reserva de combustível, antes do jejum, 327, 327f estrutura dos, 186, 186f insulina e, 187, 188f, 309 na dieta, 359-362 e doença cardíaca coronariana, 359-362 degradação de, 179f, 226-228, 227f por enzimas pancreáticas. 172 f, 173 regulação hormonal da, 187-188, 188f destino dos, no fígado vs. tecido adiposo, 187 emulsificação dos, 172-173,222 metabolismo de, 171-178, 179f na obesidade, 351 nas lipoproteínas, 225, 226f, 230f de alta densidade, 230f de baixa densidade, 229, 230f de muito baixa densidade, 228f, 229, 2301 nos quilomicra, 226-229, 230f niacina e, 378 níveis elevados de, 226-227, 337f, 338, 342, 343f no diabetes melito tipo 1, 337f, 338 tipo 2, 342, 343f no estado absortivo/alimentado, 319, 3211, 322323, 323f no jejum, 327, 329, 330f. 338 processamento no estômago, 171 -172, 172f ressíntese de, 174-175, 175f resumo de, 484-486 secreção dos enterócitos, 175, 175f síntese de, 179f, 186f, 186-187, 187f transferência das VLDLs para HDLs, 229, 229f uso pelos tecidos, 176 Triacilg/icerol-sintase, 174 Trifosfato de adenosina (ATP) como carregador de energia, 72-73 como doador de fosfato. 63, 73 em vias anabólicas, 91 em vias catabólicas, 89, 91 estrutura do, 73, 73f fosfofrutocinase-1, inibida por, 97 hidrólise de, energia livre padrão na, 73, 77 isocitrato-desidrogenase, inibição por, 11 O na contração muscular, 130 na d egra dação protéica, 245 na desaminação de aminoácidos, 250 na glicólise, 94 na glicólise aeróbica, 95-96, 99f, 100-102 na glicólise anaeróbica, 102 na síntese de ácidos gra xas, 181, 181 I na síntese de colesterol, 218 " na síntese de GMP, 293-294 na síntese protéica, 434 no ciclo da uréia, 253 no transporte de aminoácidos, 247 produção/síntese de, na fo rmação de piruvato, 100-101 na fosforilação oxidativa, 73f, 73-74, 77-80 na membrana mitocondria l interna, 73-74, 7 4f na oxidação de ácidos graxas, 190, 191f no ciclo do ácido cítrico, 107, 111, 111 f, 11 1112, 112f pelo 3-fosfoglicerato, 99f, 100 transporte para a membrana mitocondrial interna. 79 Trifosfato de citidina (CTP) reação do NANA com, 158 síntese de, 300, 3011 Trifosfato de guanosina (GTP) na desaminação de aminoácidos, 250 na síntese de AMP, 293 na síntese protéica, 434 Trifosfato de u ridina (UTP) na síntese de glicogênio, 124, 125f síntese de, 300, 3011 Triglicerídeo. Veja Triacilglicerol Triméricas, proteínas, 20 Trimetoprim, 293 Triose-fosfato-isomerase, 99 Tripsina, 440 inibição da, 49-50 na digestão de lipídeos, 173 na digestão de proteínas. 246, 2471 pH ótimo para a, 58f Tripsinogênio, 440

Triptofano, 273f cadeias laterais do, 2f catabolismo do, 263-264 metabolismo à n iacina, 377-378 rompend o a hélice C<, 17 síntese de serotonina a partir do, 285-286, 286f Triptofano-hidroxilase, na fe nilcetonúr ia, 268f, 268269 Triptofano-pirrolase, grupo heme da, 275 Troca de cátions, cromatografia por, 14-15, 15f Troca iônica, coluna de, 14 Trombogênese gorduras poliinsaturadas n-6 e n-3 e, 3611, 362 prostaglandinas e, 212 Tromboxanos, 211 -212, 487 gorduras poliinsaturadas n-6 e n-3 e, 3611, 362 síntese de, 211-212, 2131, 2 15f TXA2, 211f, 2 131 produção por plaquetas ativadas, 212 Tropoelastina, 49 Troponina Te troponina I, no inlarto d o miocárdio, 66 Tuberculose, isoniazida para a, 375f, 376 Tubo neural, defeitos do, deficiência de ácido fálico e, 373

u Ubiquinona. Veja Coenzima Q Ubiquitina-proteassomo, via proteolítica, 2451, 441 , 244245 Ubiquitinação, 441 UCP1 (termogenina). 79 UDP-Ácido glicurônico, 159, 160f na formação de diglicuronato de bilirrubina, 280 UDP-Galactose, 138, 139f como fonte de carbonos para a glicólise ou para a gliconeogênese. 138-139, 139f em reações biossintéticas, 139, 139f UDP-Ga/actose:glicose-ga/actosiltransferase, 140, 140f UDP-galactose como fonte de carbono para a, 138-1 39, 139f UDP-Glicose, 124- 125, 125f oxidação da, 159, 160f UDP-Giicose-pirofosforilase, 124-125, 1251 UDP-Hexose-4-epimerase, 138-139, 1391 Ultravioleta, luz como causadora de dano ao DNA, 408f, 408-409 reparo de, 408-409 e cãncer, 408-409 Um carbono, conjunto dos compostos de, 265 Unidade de t ranscrição, 415 Uracil, 289, 289f, 303f, 413 em códonslcódigo genético, 429, 430f U rato de sódio, 297 Urease, 253-254 Uréia, 251 destino da, 253 eliminação de amónia como, 251 , 254-256, 255f síntese de , na matriz m itocondrial, 74 Uricosúrico, agente, para a gota, 299 Uridina, 290 via de salvação para a, 301-302 Uridina-citidina-cinase, 301-302 ligada à galactose, 138-139, 139f como fonte de carbonos para glicose ou para gliconeogênese. 138-139, 139f em reações biossintéticas, 139, 139f ligada à glicose, 124-125, 125f oxidação da, 159, 160f ligada ao ácido glicurônico, 159, 1601 forma desoxida (dUMP), síntese de timidina monofosfato a partir de, 300-301 , 3021 na síntese de pirimidinas, 300, 301 f Uridina-monofosfato-sintase, 300, 301f deficiência de, 300, 3011 Urobilinas, formação no intestino. 280, 2811 Urobilinogênio, 280, 281f na icterícia, 282-283 Uronosi/-5-epimerase, 159 Uroporfi rina, 275-276 Uroporfirina I, 276, 276f Uroporfirina II I, 276, 276f Uroporfirinogênio conversão e m heme, 277, 277f . formação de, 277, 277f Uroporfirinogênio-descarboxilase, deficiência de, 278, 279f

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Índice

Uroporfirinogênio 111-sintase, 277, 2771 deficiência de, 2791 uvrABC-excinuc/ease, 408-409

v Valilalanina, 13, 141 Valina cadeias laterais da, 21 catabolismo da, 263-264, 2641 ligação peptídica com a alanina, 13, 141 no estado absortivo/alimentado, 322, 325 rompimento de hélice o. pela, 17 sub stituindo o glutamato, na anemia falciforme, 36,361 Valina, terapia com, na doença do xarope de bordo, 27 1 Vanádio, ingestão dietética de referência para o, 356f Van den Bergh, reação de, com a bilirrubina, 283 Varfarina, 387 Vascular, células endoteliais, produção de prostaciclina pelas, 212 "Vazamento de prótons", 78-79 Velocidade de reação, 55 Velocidade de reações enzimáticas concentração da enzima e, 59 concentração de substrato e, 57, 571, 58-59, 59f curva de cinética hiperbólica, 57, 571 fatores que afetam a, 57-58 inibição competitiva e, 60, 60f inibição não-competitiva e, 61, 611 inicial, 57 máxima (V""'), 57, 571 pH e, 57-58, 58f temperatura e, 57, 571 Velocidade máxima (V.,..) de reações catalisadas por enzimas, 57, 571 inibição competitiva, 60, 60f inibição não-competitiva, 61, 611 efetores alostéricos e, 62f, 62-63 Vetar de expressão, 449, 449f Vetares, clonagem, 447 expressão, 449, 449f plasmídeos, 447, 447f propr iedades essenciais dos, 447 Vetares de clonagem, 447 expressão, 449, 449f plasmídeos, 447, 447f propr iedades essenciais dos, 447 Vias, 89, 891. Veja também Vias especificas Vias metabólicas, 89, 89f Vibrio cholerae, ativação da adenilato-ciclase pelo, 93 Vidarabina, 406 Vilosidades cori ônicas, amostragem, 456, 456f Virai , DNA, 393 Vírus da imunodeficiência humana (HIV), 405 detecção de exposição ao, 464, 464f Visão, vitamina A e, 380, 3811, 382 Vitamina(s), 371-392, 390f, 3911 classificação das, 371 , 371 f hidrossolúveis, 371 , 3711, 390f-3911, 501 lipossolúveis, 371, 3711, 3901-391f, 501 -502 resumo das, 501-502 suplementos de, 389 Vitamina A, 379-384, 390f-39 11 absorção de, 380, 3811 armazenamento da, 3811 deficiência de, 381f, 382, 391f distribuição de, 382 e células epiteliais, 382 e crescimento, 380 e prevenção de doença crónica, 382-383, 3831 e reprodução, 382 estrutura, 379-380, 3801 e visão, 380, 381 f, 382 funções da, 380-382, 381f, 390f indicações clínicas para a, 382-383, 383f ingestão dietética de excessiva, 371, 383 fontes, 381f, 382 necessidades, 356f, 382 mecanismo de ação, 380-382f suplementação, 389 toxicidade, 383-384, 391f transporte, 380, 3811 uso dermatológico de, 382, 383f Vitamina B,. Veja Tiamina

Vitamina 8 12, 373-375, 3901-3911 absorção da, 3741, 375 como coenzima, 373, 373f, 3741 na síntese de succinii-CoA, 192, 193f deficiência de, 192, 374-375, 3911 e anemia, 372, 372f, 375 hipótese da captura do folato, 374 estrutura da, 373, 374f formas ativas da, 373, 374 f, 390f função da, 390f indicações clínicas, 374-375 ingestão dietética de e risco cardiova scular, 263, 263f, 363 fontes de, 374 ingestão dietética de referência para a, 3561 na homocistinúria, 271 síntese da, 374 suplementação com, 389 Vitamina 8 2• Veja Riboflavina Vitamina B,, 390f-39 11 deficiência de, 376, 391f estrutura da, 375f, 376 forma ativa da, 3751, 376, 390f função da, 3901 indicações clínicas, 376 ingestão dietética de e risco cardiovascular, 263, 263f, 363 ingestão dietética de referência para a, 3561 na homocistinúria, 27 1 suplementação com, 389 toxicidade-da, 37 6, 3911 Vitamina C, 375, 3901-3911 como antioxidante, 146-147, 375, 389 c,omo coenzima, 375 ueficiência de, 375, 3751, 3911 e biossíntese do colágeno, 47 e prevenção de doença crônica, 375 estrutura da, 375, 3751 forma ativa da (ácido ascórbico), 375, 390f função da, 3901 ingestão dietética de e risco de câncer, 367 ingestão dietética de referência p ara a, 356f suplementação com, 389 Vitamina C, deficiência de, e defeitos no colágeno, 47,471 Vitamina D, 384-387, 3901-3911 ação intestinal da, 386 ação nos ossos, 386 colesterol como precursor da, 217 deficiência de, 386 -387, 3911 distribuição, 384, 3841 e cálcio. 384, 386, 3861 função da, 3851, 386, 390f hidroxilação, 147 indicações clínicas de, 386-387 ingestão dietética de excessiva, 371 fontes de, 384 ingestão dietética de referência para a, 356f metabolismo da, 384, 385f regulação do, 384, 386f precursores endógenos da, 384 suplementação com, 389 toxicidade da, 387, 391 I Vitamina E, 389, 390f-39 11 como antioxidante, 146- 14 7, 389 deficiência de, 389, 391f distribuição, 389 estrutura da, 390, 390f forma ativa da, 390, 390f função da, 3901 indicações clínicas de, 389 ingestão dietética de e risco de câncer, 367 fontes de, 389 ingestão dietética de referência para a, 3561 necessidades, 389 suplementação com , 389 toxicidade, 389 Vitamina K, 387-388, 3901-3911 distribuição, 387-388 deficiência de, 388, 3911 no recém-nascido, 388 e coagulação do sangue, 387-388, 3881 função da, 387, 3901 indicações clínicas de, 388 ingestão dietética de

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fontes de, 387 necessidades, 3561, 387-388 na formação de y-carboxiglutamato, 387, 387f toxicidade da, 388, 3911 Vitaminas lipossolúveis, 371, 371I, 390f-391f, 50150 2 VLDLs. Veja Lipoproteínas de muito baixa densidade Volta em forma de grampo, na transcrição de genes procarióticos, 4 17, 4 17f vs. glicólise, reações que a favorecem, 115, 119 vs. glicop roteínas, 163

X X, adrenoleucodistrofia ligada ao, 193 Xantina -ox idase, 297, 2981 na gota, 298f, 299 Xenobióticos, destoxificação de, 147 Xeroderma pigmentoso, 408f, 409 Xeroftalmia, 382 Xilosiltransferase, 160

z Z, DNA, 396, 397f Zidovudina (AZT), 406 Zimogênios, 64, 440 ativação dos, 246 gástricos, 245-246 na digestão de proteínas, 245-246 pancreáticos, 246 Zinco, ingestão dietética de referência para o, 356f Zwitterion, 7


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Bioquímica Ilustrada - Pamela Champe (Parte 3 de 3)  
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