Tymoczko | Bioquímica Fundamental

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Tymoczko |Bioquímica Fundamental - Amostras de páginas não sequenciais e em baixa resolução.

O GEN | Grupo Editorial Nacional reúne as editoras Guanabara Koogan, Santos, LTC, Forense, Método e Forense Universitária, que publicam nas áreas científica, técnica e profissional.

Essas empresas, respeitadas no mercado editorial, construíram catálogos inigualáveis, com obras que têm sido decisivas na formação acadêmica e no aperfeiçoamento de várias gerações de pro fissionais e de estudantes de Administração, Direito, Enfermagem, Engenharia, Fisioterapia, Medicina, Odontologia e muitas outras ciências, tendo se tornado sinônimo de seriedade e respeito.

Nossa missão é prover o melhor conteúdo científico e distribuí-lo de maneira flexível e conve-niente, a preços justos, gerando benefícios e servindo a autores, docentes, livreiros, funcionários, colaboradores e acionistas.

Nosso comportamento ético incondicional e nossa responsabilidade social e ambiental são refor-çados pela natureza educacional de nossa atividade, sem comprometer o crescimento contínuo e a rentabilidade do grupo.

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BioquímicaFundamental

John L. TymoczkoJeremy M. BergLubert Stryer

Traduzido por

Antonio José Magalhães da Silva MoreiraProfessor Titular de Bioquímica Básica, Bioquímica Clínica e

Biofísica da Faculdade de Medicina de Campos.Professor Adjunto do Departamento de Bioquímica Médica do

Instituto de Ciências Biomédicas da UFRJ.Ex-Professor Titular de Fisiologia da Faculdade de Medicina de Vassouras.

Professor Investigador Visitante do Instituto Gulbenkian de Ciências – Lisboa, Portugal

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Os autores e a editora empenharam-se para citar adequadamente e dar o devido crédito a todos os deten-tores dos direitos autorais de qualquer material utilizado neste livro, dispondo-se a possíveis acertos caso, inadvertidamente, a identifi cação de algum deles tenha sido omitida.

BIOCHEMISTRY: A SHORT COURSE, FIRST EDITION

First published in the United States byWORTH PUBLISHERS, New York© 2010 by Worth Publishers. All Rights Reserved

Publicado originalmente nos Estados Unidos porWORTH PUBLISHERS, New York© 2010 by Worth Publishers. Todos os Direitos Reservados

Direitos exclusivos para a língua portuguesaCopyright © 2011 byEDITORA GUANABARA KOOGAN LTDA. Uma editora integrante do GEN | Grupo Editorial Nacional

Reservados todos os direitos. É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na internet ou outros), sem permissão expressa da Editora.

Travessa do Ouvidor, 11Rio de Janeiro, RJ � CEP 20040-040Tel.: 21–3543-0770 / 11–5080-0770Fax: 21–[email protected]

Editoração Eletrônica: A N T H A R E S

CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA FONTESINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ

T975b

Tymoczko, John L., 1948-Bioquímica fundamental / John L. Tymoczko, Jeremy M. Berg, Lubert Stryer ; tradução Antonio José Magalhães da Silva Moreira. – Rio de Janeiro : Guanabara Koogan, 2011.il.

Tradução de: Biochemistry : a short courseApêndiceInclui bibliografi aISBN 978-85-277-1712-0

1. Bioquímica. I. Berg, Jeremy Mark, 1958-. II. Stryer, Lubert, 1938-. III. Título.

10-4189. CDD: 612.015 CDU: 612.015

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MaterialSuplementar

Este livro conta com os seguintes materiais suplementares:

Exercícios de Autoavaliação �

Leituras Selecionadas �

O acesso ao material suplementar é gratuito, bastando que o leitor se cadastre em: http://gen-io.grupogen.com.br.

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Sobre os Autores

John L. Tymoczko é Professor Towsley de Biologia no Carleton College, onde tem ensinado desde 1976. Atualmente ensina Bioquímica, Bioquímica Laboratorial, Oncogenes, Biologia Molecular do Câncer e Bioquímica do Exercício, e leciona, juntamente com outros colegas, em um curso introdutório, Fluxo de Energia em Sistemas Biológicos. O Professor Tymoczko recebeu seu B.A. pela University of Chicago, em 1970, e seu Ph.D. em Bioquímica por essa mesma universidade, com Shutsung Liao, no Ben May Institute for Cancer Research. Seguiu-se um pós-doutoramento com Hewson Swift, do Departamento de Biologia, na University of Chicago. A sua pesquisa dá ênfase a receptores de esteroides, partículas de ribonucleoproteínas e enzimas de processamento proteolítico.

Jeremy M. Berg recebeu seus graus de B.S. e M.S. em Química pela Stanford University (onde fez pesquisa com Keith Hodgson e Lubert Stryer) e seu Ph.D. em Química por Harvard com Richard Holm. Completou seu pós-doutoramento com Carl Pabo, em Biofísica, na Johns Hopkins University School of Medicine. Foi Professor Assistente no Departamento de Química na Johns Hopkins de 1986 a 1990. Em seguida, tornou-se Professor e Diretor do Departamento de Biofísica e de Química Biofísica da Johns Hopkins University School of Medicine, onde permaneceu até 2003, quando se tornou Diretor do National Institute of General Medical Sciences no National Institutes of Health. Recebeu os Prêmios (Awards) de Química Pura da American Chemical Society (1994), o da Eli Lily por Pesquisa Fundamental em Química Biológica (1995), o de Jovem Cientista Destacado do Ano (1995) e o Prêmio Harrison Howe (1997). Na Johns Hopkins, recebeu o Prêmio de Ensino W. Barry Wood (selecionado por estudantes de Me-dicina), o de Ensino para Estudantes de Graduação e o de Ensino de Professores para Ciências Pré-médicas. É coautor, com Stephen Lippard, do livro Principles of Bioinorganic Chemistry.

Lubert Stryer é Professor Winzer, Emérito, na Escola de Medicina, e Professor de Neurobiologia, Emérito, na Universidade de Stanford, onde leciona desde 1976. Formou-se médico na Harvard Medical School. O Professor Stryer rece-beu muitos prêmios por sua pesquisa sobre a interação de luz-vida, incluindo o Prêmio Eli Lily por Pesquisa Fundamental em Química Biológica, o Prêmio de Inventores de Destaque da Associação de Detentores de Patentes Intelectuais, o de Inventor Europeu do Ano e a Medalha Nacional de Ciência. Foi eleito para a National Academy of Sciences em 1984. A publicação da primeira edição de seu livro Biochemistry, em 1975, transformou o ensino dessa ciência.

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[Marc Hill/Alamy; Daniel Alamay;Stuart Pearce/AgeFotostock;Jose Luis Roca/Getty Images; Junio Bildarchiv/AgeFotostock.]

PrefácioComo seres humanos, somos verdadeiras máquinas de aprender. Desde cedo, um bebê, ao perceber que consegue modifi car uma folha de papel ao amassá-la adquire muitas informações. Esse aprendizado continua, ao longo da vida, de muitos modos: aprendendo a andar de bicicleta e a ter contatos sociais; a como dirigir um carro e como não extrapolar o orçamento; a como resolver uma equação algébrica e interpretar uma obra de arte.

Naturalmente, muito do aprendizado é necessário à sobrevivência, e mesmo os organismos mais simples aprendem a evitar o perigo e a reconhecer o alimento. Contudo, nós, os humanos, somos presenteados de modo especial, pois adqui-rimos habilidades e conhecimento para tornar nossas vidas mais ricas e mais signifi cativas. Muitos estudantes concordam que ler literatura de fi cção e ver fi lmes aumenta a qualidade de nossas vidas, pois expandimos nossos horizontes indiretamente ao estarmos em situações que nunca experimentamos, compre-endendo ou não personagens que nos fazem lembrar de nós próprios ou que são muito diferentes daqueles que conhecemos. Como autores, nosso objetivo foi escrever um livro que encoraje os estudantes a entender Bioquímica no sentido mais amplo, como um meio de enriquecer seu entendimento do mundo.

O Continuum Saúde-DoençaEm quase todos os capítulos, exploramos os suportes bioquímicos das doenças em Aspectos Clínicos. Nessas abordagens, os estudantes obser-

vam como os conceitos então apresentados infl uenciam um aspecto da doença ou da sua cura. Ao explorar conceitos bioquímicos no contexto de uma doença, os estudantes aprendem como estes são relevantes à vida humana e o que acontece quando ocorrem distúrbios bioquímicos. Alguns exemplos de questões formu-ladas em todo o livro sobre nossa saúde incluem:

Como age a aspirina? (p. 168)• Por que algumas pessoas sentem dor de estômago quando • bebem leite? (p. 248)Como a catarata resulta de um defeito em uma única via • bioquímica? (p. 249)Em que câncer e treinamento físico são biologicamente • semelhantes? (p. 254)Como o estudo de abuso de drogas fornece entendimento • da doença de Parkinson? (p. 338)Como certos tipos de colesterol são preditivos de infarto • do miocárdio? (p. 458)O que ocorre quando atletas fazem uso de esteroides? • (p. 462)Como erros na transcrição do DNA podem provocar • câncer? (p. 559)Como a indução de mais erros na transcrição do DNA • pode tratar o câncer? (p. 559)

Aspecto ClínicoGalactose é Muito Tóxica se a Transferase Estiver Ausente

Menos comuns do que a intolerância à lactose são os distúrbios que interferem com o metabolismo da galactose. O distúrbio no metabolismo da galactose é chamado de galactosemia. A forma mais comum, dita galactosemia clássica, é uma carência hereditária na atividade da galactose 1-fosfato uridiltransferase. As crian-ças atingidas apresentam atraso de crescimento. Vomitam ou apresentam diarreia após consumirem leite, e são comuns hepatomegalia e icterícia, às vezes progredindo para cirrose. Formar-se-á catarata e também são comuns letargia e atraso mental. O nível sanguíneo de galactose é muito elevado e a ose é encontrada na urina. A ausência da transferase nas hemácias é um critério de diagnóstico definitivo.

O tratamento mais comum é remover da dieta a galactose (e a lactose). Um enigma da galactosemia é que, embora a eliminação da galactose da dieta evite a doença hepática e o desenvolvimento da catarata, a maioria dos pacientes ainda sofre de disfunção do sistema nervoso central, de modo mais comum uma aqui-sição retardada das habilidades da linguagem. O sexo feminino também exibe falência ovariana.

A formação da catarata é mais bem conhecida. A catarata é o enevoamento do cristalino, normalmente transparente (Figura 15.11). Se a transferase não for ativa no cristalino, a presença de aldose redutase faz com que o acúmulo de galactose seja reduzido a galactitol*.

NADPH+ H+ NADP+

Galactose Galactitol

Aldoseredutase

C

C

C

C

C

CH2OH

O H

OHH

HHO

HHO

OHH

C

C

C

C

C

CH2OH

HOH

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HHO

HHO

OHH

H

Figura 15.11 Cataratas são evidentes, com o enevoamento dos cristalinos. (A) Um olho saudável. (B) Um olho com catarata. [(A) © Imageafter; (B) SPL/Photo Researchers.]

(A)

(B)

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Prefáciox

Excentricidades da Natureza e Ocorrências CotidianasA Bioquímica infl uencia todos os aspectos do nosso mundo, algumas vezes de modos estranhos e espantosos. Descrevemos alguns desses fenômenos

bioquímicos em Aspectos Biológicos em vários capítulos deste livro. Assim como os Aspectos Clínicos, os Aspectos Biológicos sustentam o entendimento de conceitos bioquímicos dos estudantes à medida que eles aprendem como simples alterações nos processos bioquímicos podem ter efeitos signifi cativos. Objetivamos enriquecer o entendimento dos estudantes de seu mundo respondendo a questões do tipo:

Como as cobras digerem o alimento antes de consumi-• lo? (p. 208)O que acontece quando as algas respiram em excesso? • (p. 321)

Por que é uma má ideia comer batatas fritas verdes? (p. 352)• Como agem os herbicidas? (p. 360)• Por que o pão fi ca velho? (p. 370)•

O Contexto GeralNa leitura sobre o metabolismo de biomoléculas individuais, pode-se facilmente perder de vista seu contexto mais amplo — de que modo as vias se entrelaçam e se cruzam para fazer um organismo trabalhar. Nas seções Metabolismo no Con-texto, empregamos um exemplo repetido de utilização de substâncias energéticas para mostrar como os produtos de uma via afetam ou são afetados por outros. Os estudantes podem observar que as vias que estão no momento estudando não existem isoladamente, mas trabalham harmoniosamente com outras vias que eles já estudaram. O metabolismo de todas as biomoléculas é apresentado em:

Sinalização de Insulina Regula o Metabolismo (Capítulo 12)• Sinalização Celular Facilita a Digestão (Capítulo 13)• Precursores Formados pelo Músculo São Utilizados por Outros Órgãos (Ca-• pítulo 16)A Degradação e a Síntese do Glicogênio São Inversamente Reguladas (Capí-• tulo 24)Metabolismo de Ácido Graxo é uma Fonte de Compreensão para Várias Doen-• ças (Capítulo 26)Etanol Altera o Metabolismo Energético no Fígado (Capítulo 27)•

Ferramenta de EnsinoAlém de mostrar como a Bioquímica pode enriquecer o entendimento do mundo pelos estudantes através dos Aspectos Clínicos, Aspectos Biológicos e Metabolismo no Contexto, desenvolvemos as seguintes apresentações para ajudá-los:

Questões Rápidas• imitam o momento em uma aula quando o professor pergunta “Você entendeu?”. Essas questões permitem ao estudante verifi car seu entendimento do material que leu. Respostas para as questões são dadas próximo ao fi m de cada capítulo.Estruturas à Margem • são lembretes de uma molécula ou de um grupamento que os estudantes estudaram no começo do livro ou em outro curso. Isso permite aos estudantes entender o tópico em questão sem ter que consultar em outro local uma estrutura básica ou fundamentos de Química Orgânica.Fatos à Margem• são apartes resumidos para o tópico bioquímico em consi-deração. Mostram fatos relevantes ou, semelhante aos Aspectos Biológicos, como utilizar a Bioquímica na vida diária.

Figura 13.11 Uma cascavel pronta para atacar. A cascavel injeta enzimas digestivas em suas possíveis refeições. [Steve Hamblin/Alamy.]

Aspecto BiológicoVenenos de Cobra Digerem às Avessas

A maioria dos animais ingere alimento e, em resposta a essa ingestão, produzem enzimas que digerem o alimento. Muitas cobras venenosas, por outro lado, fazem o oposto. Elas injetam enzimas digestivas em suas refeições em potencial, para começar o processo de digestão às avessas, antes de elas ainda consumirem as refeições.

O veneno de cobra consiste em 50 a 60 proteínas e peptídeos di-ferentes que diferem entre as espécies e possivelmente mesmo entre as cobras da mesma espécie. Considere a cascavel (Figura 13.11). O seu veneno contém uma gama de enzimas que digerem os tecidos da vítima. Fosfolipases digerem as membranas celulares no local da picada, causando uma perda dos componentes celulares. As fosfoli-pases também rompem as membranas das hemácias, destruindo-as (um processo dito hemólise). A colagenase digere o colágeno, um

N H O0,9 Å 2,0 Å

180°

Doador de pontede hidrogênio

Aceptor de pontede hidrogênio

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Notas à Margem de Vitaminas e Coenzimas• realçam as moléculas que tomam parte em mecanismos enzimáticos ou em vias metabólicas importantes. Nessas Notas à Margem, os estudantes descobrirão como obtemos vitaminas de nossa alimentação e o que acontece se não as ingerimos em quantidade sufi ciente. Essas moléculas essenciais e suas estruturas estão também listadas no apêndice D, de modo que os estudantes podem facilmente encontrar a página onde cada vitamina é abordada no livro.Problemas ao Fim do Capítulo• auxiliam os estudantes a revisar e a aplicar os conceitos bioquímicos aprendidos. As soluções dos problemas ao fi m do capítulo são apresentadas ao fi nal do livro. Entre os cerca de 40 problemas por Seção, incluem-se problemas gerais, bem como duas categorias para encorajar o desenvolvimento de habilidades específi cas:

Problemas de Interpretação de Dados formulam questões sobre um con-junto de dados fornecido em forma de tabelas ou de gráfi cos. Esses proble-mas mostram aos estudantes como são obtidas as conclusões científi cas.Problemas de Integração de Capítulos exigem do estudante utilizar in-formações de vários capítulos para alcançar uma solução. Esses problemas reforçam a conscientização do estudante da interligação dos diferentes aspectos da Bioquímica.

Vídeos de Resolução de Problemas,• disponíveis no web site Companion, forne-cem aos estudantes uma estratégia comprovada para os problemas abordados (ver a seguir).

Mídia e Complementos (disponíveis apenas na edição em inglês pela editora W. H. Freeman and Company)Um complemento amplo de recursos de mídia e suplementos fornece aos ins-trutores e estudantes ferramentas inovadoras para auxiliar uma variedade de abordagens de ensino e aprendizagem. Todos esses recursos estão inteiramente integrados com o estilo e com os objetivos do livro.

eBookO eBook permite aos instrutores e aos estudantes acessar o livro inteiro on line, em qualquer lugar e a qualquer hora. Ele está também disponível para download para uso offl ine. O texto eBook é totalmente pesquisável e pode ser anotado com características de procura de apontamentos e de notas de destaque. Os estudantes podem copiar e passar do texto do eBook acrescentando seus próprios aponta-mentos, e seções importantes podem ser impressas. Para mais informações, visite www.coursesmart.com.

Companion Web Site — www.whfreeman.com/TymoczkoPara Estudantes

Seção 17, Bioquímica Experimental, • está disponível em formato pdf para os cursos com bastante tempo para o aprofundamento em técnicas experimentais. O Capítulo 40, Técnicas em Bioquímica de Proteínas, e o Capítulo 41, Técnicas Imunológicas e de DNA Recombinante, exploram as técnicas utilizadas por bioquímicos para confi rmar o que já conhecemos.Vídeos de Resolução de Problemas• , criados por Scott Ensign, da Universidade Estadual de Utah, simulam experiência de ter o professor pronto para atender no 24/7. A cada 10 minutos, o vídeo abrange um problema do livro, enfocando um assunto que os estudantes tradicionalmente têm difi culdade para sobre-pujar. Em uma abordagem dupla, o Dr. Ensign inicialmente descreve uma

Vitamina C. Os humanos estão entre os poucos animais incapazes de sintetizar vitamina C. Produtos cítricos são as fontes mais comuns dessa vitamina. A vitamina C funciona com um antioxidante geral ao reduzir pelo corpo todo a presença de espécies químicas reativas de oxigênio. Além disso, serve como um antioxidante específico por manter metais no estado reduzido necessários a certas enzimas, tal como a enzima que sintetiza hidroxiprolina.

[Don Farrell/Digital Vision/Getty Images.]

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estratégia para resolver problemas substanciados em evidências, aplicando então a estratégia ao problema em etapas claras e concisas, fáceis de alcançar. Os estudantes podem comodamente parar, retroceder e rever quaisquer etapas, até que se sintam bem seguros não apenas com a solução do problema, mas também com o raciocínio que ele exige. Trabalhando com problemas desse modo, objetiva-se tornar os estudantes mais capazes e mais confi antes em aplicar as estratégias para resolver problemas quando eles trabalham até com outros livros e questões de exames. Figuras ao Vivo• permitem aos estudantes observarem muitas ilustrações no livro de estrutura de proteínas on line em formato Jmol. Os estudan-tes podem ampliar as imagens e rodar 57 estruturas “ao vivo” para obter um entendimento melhor de sua natureza tridimensional e poder experimentar diferentes estilos de exibição (preenchimento de espaço, bola e bastão, fi tas, arcabouço) por meio de uma interface de fácil utilização.Ferramentas de autoavaliação• permitem ao estudante testar seu conhecimento obtendo de cada capítulo questões de múltipla escolha on line. Há também disponíveis questões de revisão de Química Geral.Web Links• conectam os estudantes com o mundo da Bioquímica para além da sala de aula.

Para os Instrutores

Todas as características já listadas para os estudantes mais:JPEGs Otimizados • de cada ilustração, fotografi a e quadro no livro, incluindo estruturas de compostos comuns, claridade e visibilidade máxima garantidas nos salões de leitura ou em telas de computador. Os JPEGs são também ofere-cidos em arquivos de PowerPoint separados.Banco de Testes• , por Harvey Nikkel, da Universidade Estadual de Grand Valley, Susan Knock, da Texas A&M Universidade de Galveston, e Joseph Provost, da Universidade Estadual de Minnesota, da cidade de Moorhead, oferece mais de 1.500 questões em formato editável Word.

Todos os recursos para os instrutores também estão disponíveis no Instructor’s Resource CD-ROM (ISBN: 1-4292-2865-2).

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Conteúdo ResumidoPARTE I O PLANO MOLECULAR DA VIDASEÇÃO 1 A Bioquímica Ajuda-nos a Entender Nosso Mundo, 1Capítulo 1 Bioquímica e a Unidade da Vida, 3Capítulo 2 Água, Ligações Fracas e a Geração de Ordem Fora do Caos, 17

SEÇÃO 2 Composição e Estrutura de Proteínas, 33Capítulo 3 Aminoácidos, 35Capítulo 4 Estrutura Tridimensional das Proteínas, 45

SEÇÃO 3 Conceitos Básicos e Cinética das Enzimas, 67Capítulo 5 Conceitos Básicos da Ação Enzimática, 69Capítulo 6 Cinética e Regulação, 79Capítulo 7 Mecanismos Inibidores, 96Capítulo 8 Hemoglobina, uma Proteína Alostérica, 112

SEÇÃO 4 Glicídeos e Lipídeos, 125Capítulo 9 Glicídeos, 127Capítulo 10 Lipídeos, 147

SEÇÃO 5 Membranas Celulares, Canais, Bombas e Receptores, 161Capítulo 11 Função e Estrutura da Membrana, 163Capítulo 12 Vias de Transmissão de Sinal, 181

PARTE II TRANSFORMAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE ENERGIASEÇÃO 6 Conceitos Básicos e Esboço do Metabolismo, 201Capítulo 13 Digestão: Transformando uma Refeição em Compostos Bioquímicos Celulares, 203Capítulo 14 Metabolismo: Esboço e Conceitos Básicos, 212

SEÇÃO 7 Glicólise e Gliconeogênese, 233Capítulo 15 Glicólise, 235Capítulo 16 Gliconeogênese, 259

SEÇÃO 8 O Ciclo do Ácido Cítrico, 275Capítulo 17 Preparação para o Ciclo, 277Capítulo 18 Colhendo Elétrons do Ciclo, 288

SEÇÃO 9 Fosforilação Oxidativa, 305Capítulo 19 A Cadeia Transportadora de Elétrons, 307Capítulo 20 A Força Próton-Motriz, 326

SEÇÃO 10 As Reações à Luz da Fotossíntese e o Ciclo de Calvin, 345Capítulo 21 As Reações à Luz, 347Capítulo 22 O Ciclo de Calvin, 364

SEÇÃO 11 Metabolismo do Glicogênio e a Via Pentose Fosfato, 379Capítulo 23 Degradação do Glicogênio, 381Capítulo 24 Síntese do Glicogênio, 392Capítulo 25 A Via Pentose Fosfato, 404

SEÇÃO 12 Metabolismo de Ácidos Graxos e de Lipídeos, 415Capítulo 26 Degradação de Ácidos Graxos, 417Capítulo 27 Síntese de Ácidos Graxos, 433Capítulo 28 Síntese de Lipídeos: Lipídeos de Armazenamento, Fosfolipídeos e Colesterol, 447

SEÇÃO 13 O Metabolismo das Moléculas que Contêm Nitrogênio, 467Capítulo 29 Síntese de Aminoácidos, 469Capítulo 30 Metabolismo de Nucleotídeos, 482Capítulo 31 Degradação de Aminoácidos e o Ciclo da Ureia, 499

PARTE III SÍNTESE DAS MOLÉCULAS DA VIDASEÇÃO 14 Estrutura dos Ácidos Nucleicos e Replicação do DNA, 517Capítulo 32 Estrutura das Macromoléculas da Informação: DNA e RNA, 519Capítulo 33 Replicação do DNA, 538Capítulo 34 Reparo e Recombinação do DNA, 553

SEÇÃO 15 Síntese, Processamento e Regulação de RNA, 567Capítulo 35 Síntese e Regulação de RNA em Procariontes, 569Capítulo 36 Expressão Gênica em Eucariontes, 583Capítulo 37 Processamento de RNA em Eucariontes, 596

SEÇÃO 16 Síntese Proteica, 607Capítulo 38 O Código Genético, 609Capítulo 39 O Mecanismo da Síntese de Proteínas, 623

SEÇÃO 17 Bioquímica Experimental, 643Capítulo 40 Técnicas em Bioquímica de Proteínas, 645Capítulo 41 Técnicas Imunológicas e de DNA Recombinante, 661

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PARTE I O PLANO MOLECULAR DA VIDA

SEÇÃO 1 A Bioquímica Ajuda-nos a Entender Nosso Mundo, 1

Capítulo 1 Bioquímica e a Unidade da Vida, 3

1.1 Os Sistemas Vivos Necessitam de um Número Limitado de Átomos e de Moléculas, 4

1.2 Há Quatro Classes Importantes de Biomoléculas, 5Proteínas São as Mais Versáteis das Biomoléculas, 5Ácidos Nucleicos São as Moléculas de Informação da Célula, 6Lipídeos São uma Forma de Armazenamento de Energia e

Servem como uma Barreira, 7Glicídeos São Energéticos e Moléculas de Informação, 7

1.3 O Dogma Central Descreve os Princípios Básicos da Transferência de Informação Biológica, 8

1.4 Membranas Defi nem a Célula e Executam Funções Celulares, 9Funções Bioquímicas São Sequestradas em Compartimentos

Celulares, 9Organelas Facilitam os Processos Bioquímicos, 11Algumas Organelas Processam e Fazem a Triagem de

Proteínas e Trocam Material com o Ambiente, 13

Aspecto Clínico Defeitos na Função das Organelas Podem Levar à Doença, 14

Capítulo 2 Água, Ligações Fracas e a Geração de Ordem Fora do Caos, 17

2.1 Movimentos Térmicos Impulsionam Interações Biológicas, 18

2.2 Interações Bioquímicas Ocorrem em Solução Aquosa, 182.3 Interações Fracas São Importantes Propriedades

Biológicas, 19Interações Eletrostáticas São Entre Cargas Elétricas, 20Pontes de Hidrogênio Formam-se Entre um Átomo

Eletronegativo e o Hidrogênio, 20Interações de Van der Waals Dependem da Assimetria

Transitória na Carga Elétrica, 21Ligações Fracas Permitem Repetidas Interações, 21

2.4 Moléculas Hidrófobas Agrupam-se, 22Moléculas Anfi páticas Podem Formar Compartimentos na

Presença de Água, 23Dobras de Proteínas São Impulsionadas por Interações

Hidrófobas, 24Grupamentos Funcionais Têm Propriedades Químicas

Características, 24

2.5 pH é um Importante Parâmetro de Sistemas Bioquímicos, 26Água Ioniza-se em uma Pequena Extensão, 26Um Ácido é um Doador de Prótons, Enquanto uma Base é um

Aceptor de Prótons, 26

Ácidos Têm Diferentes Tendências a se Ionizarem, 27Tampões Resistem a Variações de pH, 28Tampões São Muito Importantes em Sistemas Biológicos, 28

SEÇÃO 2 Composição e Estrutura de Proteínas, 33

Capítulo 3 Aminoácidos, 35

3.1 Proteínas São Construídas a Partir de um Repertório de 20 Aminoácidos, 36A Maioria dos Aminoácidos Existe em Duas Formas de

Imagens Especulares, 36Todos os Aminoácidos Têm pelo Menos Dois Grupamentos

Carregados, 36

3.2 Aminoácidos Contêm um Amplo Arranjo de Grupamentos Funcionais, 37Aminoácidos Hidrófobos Têm Sobretudo Cadeias Laterais

Hidrocarbonadas, 37Aminoácidos Polares Têm Cadeias Laterais que Possuem um

Átomo Eletronegativo, 39Aminoácidos Carregados Positivamente São Hidrófi los, 40Aminoácidos Carregados Negativamente Têm Cadeias

Laterais Acídicas, 41As Cadeias Laterais Ionizáveis Acentuam a Reatividade e a

Ligação, 41

3.3 Aminoácidos Essenciais Devem Ser Obtidos da Alimentação, 42

Aspecto Clínico Condições Patológicas Resultam se a Ingestão de Proteínas é Inadequada, 43

Capítulo 4 Estrutura Tridimensional das Proteínas, 45

4.1 Estrutura Primária: Aminoácidos Unem-se por Ligações Peptídicas, Formando Cadeias Polipeptídicas, 46Proteínas Têm Sequências Características Especifi cadas por

Genes, 47Cadeias Polipeptídicas São Flexíveis, Embora

Conformacionalmente Restritas, 48

4.2 Estrutura Secundária: Cadeias Polipeptídicas Podem Dobrar-se em Estruturas Regulares, 50A Alfa-hélice é uma Estrutura Espiralada Estabilizada por

Pontes de Hidrogênio Dentro da Cadeia, 50As Lâminas Beta São Estabilizadas por Pontes de Hidrogênio

Entre Filamentos Polipeptídicos, 52Cadeias Polipeptídicas Podem Mudar o Sentido por Realizar

Voltas Reversas e Alças, 53Proteínas Fibrosas Fornecem Suporte Estrutural para Células e

Tecidos, 54

Aspecto Clínico Defi ciência de Vitamina C Causa Escorbuto, 55

4.3 Estrutura Terciária: Proteínas Hidrossolúveis Dobram-se em Estruturas Compactas, 55Mioglobina Ilustra os Fundamentos da Estrutura Terciária, 56A Estrutura Terciária de Muitas Proteínas Pode Ser Dividida

em Unidades Estrutural e Funcional, 57

Conteúdo

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4.4 Estrutura Quaternária: Várias Cadeias Polipeptídicas Podem Reunir-se em uma Única Proteína, 58

4.5 A Sequência de Aminoácidos de uma Proteína Determina Sua Estrutura Tridimensional, 58Proteínas Dobram-se por Estabilização Progressiva dos

Intermediários e Não por Busca ao Acaso, 59

Aspecto Clínico O Mau Dobramento e a Agregação Estão Associados com Algumas Doenças Neurológicas, 61

SEÇÃO 3 Conceitos Básicos e Cinética das Enzimas, 67

Capítulo 5 Conceitos Básicos da Ação Enzimática, 69

5.1 Enzimas São Catalisadores Poderosos e Muito Específi cos, 69

5.2 Muitas Enzimas Necessitam de Cofatores para Atividade, 70

5.3 Energia Livre é uma Função Termodinamicamente Útil para se Entenderem as Enzimas, 71A Variação de Energia Livre Fornece Informação Sobre

a Espontaneidade, mas Não Sobre a Velocidade de uma Reação, 71

A Variação da Energia Livre Padrão de uma Reação Relaciona-se à Constante de Equilíbrio, 72

Enzimas Alteram a Velocidade da Reação, mas Não o Equilíbrio da Reação, 73

5.4 Enzimas Facilitam a Formação do Estado de Transição, 74A Formação de um Complexo Enzima-Substrato é a Primeira

Etapa na Catálise Enzimática, 74Os Centros Ativos das Enzimas Têm Algumas Características

em Comum, 75A Energia de Ligação Entre a Enzima e o Substrato é

Importante para a Catálise, 76Análogos do Estado de Transição São Potentes Inibidores das

Enzimas, 76

Capítulo 6 Cinética e Regulação, 79

6.1 Cinética é o Estudo das Velocidades da Reação, 806.2 O Modelo de Michaelis-Menten Descreve a Cinética de

Muitas Enzimas, 81

Aspecto Clínico Variações no KM Podem Ter Consequências Fisiológicas, 82

Valores de KM e Vmáx. Podem Ser Determinados de Várias Maneiras, 83

Valores de KM e Vmáx. São Importantes Características das Enzimas, 83

kcat/KM é uma Medida da Efi ciência Catalítica, 85A Maioria das Reações Bioquímicas Inclui Vários

Substratos, 85

6.3 Enzimas Alostéricas São Catalisadores e Sensores de Informação, 86Enzimas Alostéricas São Reguladas pelos Produtos das Vias

Sob Seu Controle, 87Enzimas Alostericamente Reguladas Não Seguem a Cinética

de Michaelis-Menten, 88Enzimas Alostéricas Dependem de Alterações na Estrutura

Quaternária, 88

Moléculas Sinalizadoras Modulam o Equilíbrio R Δ T, 90O Modelo Sequencial Também Pode Ser Responsável por

Efeitos Alostéricos, 91

Aspecto Clínico Perda do Controle Alostérico Pode Resultar em Doenças, 91

Capítulo 7 Mecanismos Inibidores, 96

7.1 Umas Poucas Estratégicas Catalíticas Básicas São Utilizadas por Muitas Enzimas, 96

7.2 Atividade da Enzima Pode Ser Modulada por Temperatura, pH e Moléculas Inibidoras, 97Temperatura Aumenta a Velocidade de Reações

Enzimáticas, 97A Maioria das Enzimas Tem um pH Ótimo, 98Enzimas Podem Ser Inibidas por Moléculas Específi cas, 99Inibidores Reversíveis São Cineticamente Distinguíveis, 100Inibidores Irreversíveis Podem Ser Utilizados para Mapear o

Centro Ativo, 102

Aspecto Clínico Penicilina Inativa de Modo Irreversível uma Enzima Importante da Síntese da Parede Bacteriana, 103

7.3 Quimotripsina Ilustra os Fundamentos Básicos da Catálise e da Inibição, 105Serina 195 é Necessária para a Atividade da

Quimotripsina, 105Ação da Quimotripsina Ocorre em Duas Etapas Unidas por um

Intermediário Ligado de Modo Covalente, 106O Papel Catalítico da Histidina 57 Demonstrou-se por

Marcação de Afi nidade, 107Serina é Parte de uma Tríade Catalítica que Inclui Histidina e

Ácido Aspártico, 107

Capítulo 8 Hemoglobina, uma Proteína Alostérica, 112

8.1 Hemoglobina Exibe Conduta Cooperativa, 1138.2 Mioglobina e Hemoglobina Ligam o Oxigênio nos

Grupamentos Hemo, 113

Aspecto Clínico Imagens de Ressonância Magnética Funcional Revelam Regiões do Cérebro que Processam Informação Sensorial, 115

8.3 Hemoglobina Liga o Oxigênio de Modo Cooperativo, 1158.4 Um Regulador Alostérico Determina a Afi nidade do

Oxigênio pela Hemoglobina, 117

Aspecto Clínico A Afi nidade do Oxigênio pela Hemoglobina Ajusta-se às Necessidades Impostas pelo Ambiente, 117

Aspecto Biológico Adaptações da Hemoglobina Permitem o Transporte de Oxigênio em Ambientes Extremos, 118

Aspecto Clínico Anemia Falciforme é uma Doença Causada por uma Mutação na Hemoglobina, 118

8.5 Iontes Hidrogênio e Dióxido de Carbono Promovem a Liberação de Oxigênio, 119

SEÇÃO 4 Glicídeos e Lipídeos, 125

Capítulo 9 Glicídeos, 127

9.1 Oses (Monossacarídeos) São os Glicídeos Mais Simples, 128

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Muitas Oses Comuns Existem em Formas Cíclicas, 130Oses Unem-se a Alcoóis e Aminas por Ligações

Glicosídicas, 133

9.2 Oses Unem-se para Formar Glicídeos Complexos, 133Enzimas Específi cas São Responsáveis pela Reunião de

Oligosídeos, 134Sacarose, Lactose e Maltose São os Diosídeos Comuns, 134Glicogênio e Amido São as Formas de Armazenamento da

Glicose, 135Celulose, um Componente Estrutural de Vegetais, é Formada

por Cadeias de Glicose, 136Proteoglicans, Compostos de Polissacarídeo e Proteína, Têm

Importantes Papéis Estruturais, 137

Aspecto Clínico Proteoglicans São Importantes Componentes da Cartilagem, 137

9.3 Glicídeos Unem-se a Proteínas para Formar Glicoproteínas, 139Glicídeos Podem-se Unir a Asparaginas, Serinas e Treoninas

das Proteínas, 139

Aspecto Clínico O Hormônio Eritropoetina é uma Glicoproteína, 140

Aspecto Biológico Os Grupos Sanguíneos Baseiam-se nos Padrões de Glicosilação das Proteínas, 140

Aspecto Clínico A Ausência de Glicosilação Pode Resultar em Doenças, 141

9.4 Lectinas São Proteínas que Ligam Glicídeo de Modo Específi co, 142Lectinas Promovem as Interações Entre as Células, 142

Aspecto Clínico Lectinas Facilitam o Desenvolvimento Embrionário, 142

Aspecto Clínico O Vírus da Gripe se Liga a Ácidos Siálicos, 143

Capítulo 10 Lipídeos, 147

10.1 Ácidos Graxos São uma Principal Fonte Energética, 148Ácidos Graxos Variam no Comprimento da Cadeia e no Grau

de Insaturação, 149O Grau e o Tipo de Insaturação São Importantes para a

Saúde, 150

10.2 Triacilgliceróis São a Forma de Armazenamento dos Ácidos Graxos, 151

10.3 Há Três Tipos Comuns de Lipídeos de Membrana, 153Fosfolipídeos São a Principal Classe de Lipídeos de

Membrana, 153Lipídeos de Membrana Podem Conter Glicídeos, 154Esteroides São Lipídeos que Têm uma Variedade de

Papéis, 155

Aspecto Biológico Membranas de Extremófi los São Formadas de Lipídeos Contendo Éter e Cadeias Ramifi cadas, 156

Lipídeos de Membrana Contêm uma Porção Hidrófoba e Outra Hidrófi la, 156

Algumas Proteínas São Modifi cadas por Ligação Covalente de Grupamentos Hidrófobos, 157

Aspecto Clínico Envelhecimento Prematuro Pode Resultar de Ligação Inapropriada de um Grupamento Hidrófobo a uma Proteína, 157

SEÇÃO 5 Membranas Celulares, Canais, Bombas e Receptores, 161

Capítulo 11 Função e Estrutura da Membrana, 163

11.1 Fosfolipídeos e Glicolipídeos Formam Lâminas Bimoleculares, 164

Aspecto Clínico Vesículas Lipídicas Podem Ser Formadas a Partir de Fosfolipídeos, 164

Bicamadas Lipídicas São Muito Impermeáveis a Iontes e à Maioria das Moléculas Polares, 165

11.2 Proteínas Executam a Maioria dos Processos da Membrana, 165Proteínas se Associam com a Bicamada Lipídica de Vários

Modos, 166

Aspecto Clínico A Associação da Prostaglandina H2 Sintase-1 com a Membrana Explica a Ação da Aspirina, 168

11.3 Lipídeos e Muitas Proteínas de Membrana Difundem-se Lateralmente na Membrana, 169

11.4 A Fluidez da Membrana é Controlada pela Composição em Ácidos Graxos e pelo Conteúdo de Colesterol, 170

11.5 Um Papel Principal das Proteínas de Membrana é Funcionar como Transportadores, 171A Na+-K+ ATPase é uma Bomba Importante em Muitas

Células, 171

Aspecto Clínico Os Digitálicos Inibem a Bomba Na+-K+ Bloqueando Sua Desfosforilação, 172

Resistência a Várias Drogas Põe em Destaque uma Família de Bombas de Membrana com Domínios que Ligam ATP, 173

Aspecto Clínico Ictiose Arlequim é um Resultado Dramático de uma Mutação em uma Proteína Transportadora ABC, 173

Transportadores Secundários Utilizam um Gradiente de Concentração para Impulsionar a Formação de Outro, 173

Canais Específi cos Podem Transportar Rapidamente Iontes Através das Membranas, 174

A Estrutura do Canal Iônico de Potássio Revela as Bases da Especifi cidade Iônica, 175

A Estrutura do Canal Iônico de Potássio Explica Sua Rápida Velocidade de Transporte, 177

Capítulo 12 Vias de Transmissão de Sinal, 18112.1 Transmissão de Sinal Depende dos Circuitos

Moleculares, 18212.2 Proteínas de Receptor Transmitem Informação Dentro

da Célula, 183Receptores Transmembranares de Sete Hélices Mudam

a Conformação em Resposta ao Ligando e Ativam Proteínas G, 183

Ligando Unido ao Receptor 7TM Leva à Ativação das Proteínas G, 184

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Proteínas G Ativadas Transmitem Sinais por se Ligarem a Outras Proteínas, 185

AMPc Estimula a Fosforilação de Muitas Proteínas-alvo por Ativar a Proteína Cinase A, 186

Proteínas G de Modo Espontâneo Regeneram-se Através da Hidrólise do GTP, 186

Aspecto Clínico Cólera e Coqueluche São Devidas à Alteração na Atividade da Proteína G, 187

A Hidrólise de Fosfatidilinositol Bisfosfato pela Fosfolipase C Gera Dois Segundos Mensageiros, 188

Alguns Receptores se Dimerizam em Resposta à União com o Ligando e Recrutam Tirosina Cinases, 189

Alguns Receptores Têm Domínios de Tirosina Cinase Dentro de Suas Estruturas Covalentes, 190

Ras Pertence a Outra Classe de Proteínas G Sinalizadoras, 191

12.3 Metabolismo no Contexto: Sinalização de Insulina Regula o Metabolismo, 192O Receptor de Insulina é um Dímero que se Fecha ao Redor

de uma Molécula de Insulina Ligada, 192A Cinase Ativada do Receptor de Insulina Inicia uma

Cascata de Cinases, 193A Sinalização de Insulina Termina por Ação de Fosfatases, 194

12.4 Ionte Cálcio é um Mensageiro Citoplasmático Onipresente, 194

12.5 Defeitos nas Vias de Transmissão de Sinal Podem Levar a Doenças, 195

Aspecto Clínico Inibidores da Proteína Cinase Podem Ser Drogas Efi cazes Contra o Câncer, 196

PARTE II TRANSFORMAÇÃO E ARMAZENAMENTO DE ENERGIA

SEÇÃO 6 Conceitos Básicos e Esboço do Metabolismo, 201

Capítulo 13 Digestão: Transformando uma Refeição em Compostos Bioquímicos Celulares, 203

13.1 A Digestão Prepara Grandes Biomoléculas para Utilização no Metabolismo, 204

13.2 Proteases Digerem Proteínas em Aminoácidos e Peptídeos, 204

13.3 Glicídeos Alimentares São Digeridos pela �-Amilase, 206

13.4 A Digestão de Lipídeos é Complicada pela Sua Hidrofobicidade, 207

Aspecto Biológico Venenos de Cobra Digerem às Avessas, 208

13.5 Metabolismo no Contexto: Sinalização Celular Facilita a Digestão, 209

Capítulo 14 Metabolismo: Esboço e Conceitos Básicos, 212

14.1 O Metabolismo é Composto por Muitas Reações Acopladas que se Interconectam, 213

Metabolismo Consiste em Reações Geradoras de Energia e Reações que Necessitam de Energia, 214

Uma Reação Termodinamicamente Desfavorável Pode Ser Impulsionada por uma Reação Favorável, 214

14.2 ATP é a Moeda Corrente Universal de Energia Livre em Sistemas Biológicos, 215Hidrólise de ATP é Exergônica, 215Hidrólise do ATP Impulsiona o Metabolismo por Desviar o

Equilíbrio das Reações Acopladas, 216O Alto Potencial de Fosforila do ATP Resulta de Diferenças

Estruturais Entre ATP e Seus Produtos de Hidrólise, 217Potencial de Transferência de Fosforila é uma Importante

Forma de Transformação de Energia Celular, 218

Aspecto Clínico Exercício Depende de Vários Mecanismos Geradores de Energia, 218

14.3 A Oxidação de Compostos Carbonados Energéticos é uma Importante Fonte de Energia Celular, 219Oxidação do Carbono é Pareada com uma Redução, 220Compostos com Alto Potencial de Fosforila Podem Acoplar a

Oxidação do Carbono para Sintetizar ATP, 220

14.4 As Vias Metabólicas Contêm Muitos Temas que Voltam a Aparecer, 221Carreadores Ativados Exemplifi cam o Esboço Modular e a

Economia do Metabolismo, 221

Aspecto Clínico Coenzima A e a Prática Médica Nazista, 224

Muitos Carreadores Ativados Derivam de Vitaminas, 225

14.5 Processos Metabólicos São Regulados por Três Vias Principais, 227As Quantidades de Enzima São Controladas, 228A Atividade Catalítica é Regulada, 228A Acessibilidade de Substratos é Regulada, 229

SEÇÃO 7 Glicólise e Gliconeogênese, 233

Capítulo 15 Glicólise, 235

15.1 Glicólise é uma Via de Conversão de Energia, 236Hexocinase Captura a Glicose na Célula e Começa a

Glicólise, 236Frutose 1,6-Bisfosfato é Gerada a Partir da Glicose

6-fosfato, 238A Ose de Seis Carbonos é Clivada em Dois Fragmentos de

Três Carbonos, 239A Oxidação de um Aldeido Impulsiona a Formação de

um Composto que Tem Alto Poder de Transferência de Fosforila, 240

ATP é Formado por Transferência de Fosforila do 1,3-Bisfosfoglicerato, 241

ATP Adicional é Gerado com a Formação de Piruvato, 241Duas Moléculas de ATP São Formadas na Conversão de

Glicose em Piruvato, 242

15.2 NAD+ é Regenerado a Partir do Metabolismo do Piruvato, 242Fermentações São um Meio de Oxidar NADH, 243Fermentações Fornecem Energia Utilizável na Ausência de

Oxigênio, 245

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15.3 Frutose e Galactose São Convertidas em Intermediários Glicolíticos, 246

Aspecto Clínico Muitos Adultos São Intolerantes ao Leite Porque São Defi cientes em Lactase, 248

Aspecto Clínico Galactose é Muito Tóxica se a Transferase Estiver Ausente, 249

15.4 A Via Glicolítica é Rigidamente Controlada, 249Glicólise no Músculo é Regulada por Retroinibição (Inibição

por Feedback) para Sustentar as Necessidades de ATP, 250A Regulação da Glicólise no Fígado Corresponde à

Versatilidade Bioquímica do Órgão, 251Uma Família de Transportadores Capacita a Glicose a

Penetrar e a Deixar as Células Animais, 253

Aspecto Clínico Câncer e Exercícios Afetam a Glicólise de uma Maneira Semelhante, 254

15.5 Metabolismo no Contexto: Glicólise Auxilia as Células � Pancreáticas a Reconhecerem a Glicose, 255

Capítulo 16 Gliconeogênese, 259

16.1 Glicose Pode Ser Sintetizada a Partir de Precursores Não Glicídicos, 260Gliconeogênese Não é uma Reversão da Glicólise, 260A Conversão de Piruvato em Fosfoenolpiruvato Começa com

a Formação de Oxaloacetato, 262O Oxaloacetato é Levado ao Citoplasma e Convertido em

Fosfoenolpiruvato, 263A Conversão de Frutose 1,6-bisfosfato em Frutose 6-fosfato

e Ortofosfato é uma Etapa Irreversível, 264A Geração de Glicose é um Importante Ponto de

Controle, 264Seis Grupamentos Fosforila de Alto Potencial de

Transferência São Gastos na Síntese da Glicose a Partir do Piruvato, 265

16.2 Gliconeogênese e Glicólise São Inversamente Reguladas, 266A Carga Energética Determina se a Glicólise ou a

Gliconeogênese Serão as Mais Ativas, 266O Balanço Entre a Glicólise e a Gliconeogênese no Fígado é

Sensível à Concentração de Glicose no Sangue, 267

Aspecto Clínico A Insulina Falha em Inibir a Gliconeogênese no Diabetes do Tipo 2, 268

Ciclos de Substratos Amplifi cam Sinais Metabólicos, 269

16.3 Metabolismo no Contexto: Precursores Formados pelo Músculo São Utilizados por Outros Órgãos, 269

16.4 Glicólise e Gliconeogênese São Evolucionariamente Entrelaçadas, 270

SEÇÃO 8 O Ciclo do Ácido Cítrico, 275

Capítulo 17 Preparação para o Ciclo, 277

17.1 Piruvato Desidrogenase Forma Coenzima A a Partir do Piruvato, 278A Síntese de Acetil Coenzima A a Partir do Piruvato

Necessita de Três Enzimas e Cinco Coenzimas, 279Ligações Flexíveis Permitem à Lipoamida Mover-se Entre

Centros Ativos Diferentes, 281

17.2 O Complexo Piruvato Desidrogenase é Regulado por Dois Mecanismos, 283

Aspecto Clínico Regulação Defeituosa da Piruvato Desidrogenase Resulta em Doença, 284

17.3 O Distúrbio do Metabolismo do Piruvato é a Causa do Beribéri, 284

Capítulo 18 Colhendo Elétrons do Ciclo, 288

18.1 O Ciclo do Ácido Cítrico Consiste em Dois Estágios, 289

18.2 O Primeiro Estágio Oxida Unidades de Dois Carbonos, 289Citrato Sintase Forma Citrato a Partir de Oxaloacetato e

Acetil Coenzima A, 289O Mecanismo da Citrato Sintase Impede Reações

Indesejáveis, 290Citrato é Isomerizado a Isocitrato, 291Isocitrato é Oxidado e Descarboxilado a �-Cetoglutarato, 291Succinil Coenzima A é Formada pela Descarboxilação

Oxidativa do �-Cetoglutarato, 292

18.3 O Segundo Estágio Regenera Oxaloacetato e Colhe Elétrons Ricos em Energia, 292Um Composto com Alto Potencial de Transferência é Gerado

a Partir da Succinil Coenzima A, 292Succinil Coenzima A Sintetase Transforma Tipos de Energia

Bioquímica, 293Oxaloacetato é Regenerado pela Oxidação do

Succinato, 293

Aspecto Clínico Mutações na Succinato Desidrogenase Resultam em uma Gama de Distúrbios, 294

O Ciclo do Ácido Cítrico Produz Elétrons de Alto Potencial de Transferência, um Nucleosídeo Trifosfato e Dióxido de Carbono, 294

18.4 A Entrada para o Ciclo do Ácido Cítrico e o Metabolismo Através Dele São Controlados, 297O Ciclo do Ácido Cítrico é Controlado em Vários Pontos, 297O Ciclo do Ácido Cítrico é uma Fonte de Precursores

Biossintéticos, 298O Ciclo do Ácido Cítrico Tem de Ser Capaz de Rapidamente

Ser Reposto, 298

18.5 O Ciclo do Glioxilato Capacita Vegetais e Bactérias a Converterem Lipídeos em Glicídeos, 299

SEÇÃO 9 Fosforilação Oxidativa, 305

Capítulo 19 A Cadeia Transportadora de Elétrons, 307

19.1 Fosforilação Oxidativa em Eucariontes Ocorre em Mitocôndrias, 308Mitocôndrias São Delimitadas por uma Dupla

Membrana, 308

Aspecto Biológico Mitocôndrias São o Resultado de um Evento Endossimbiótico, 309

19.2 Fosforilação Oxidativa Depende da Transferência de Elétrons, 310O Potencial de Transferência de Elétrons de um Elétron é

Medido como Potencial Redox, 310

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Conteúdo xxi

O Fluxo de Elétrons pela Cadeia Transportadora de Elétrons Cria um Gradiente de Prótons, 312

A Cadeia Transportadora de Elétrons é uma Série de Reações Acopladas de Oxidorredução, 312

19.3 A Cadeia Respiratória Consiste em Bombas de Prótons e uma União Física ao Ciclo do Ácido Cítrico, 315Os Elétrons de Alto Potencial do NADH Entram na Cadeia

Respiratória na NADH-Q Oxidorredutase, 316Ubiquinol é o Ponto de Entrada para Elétrons do FADH2 das

Flavoproteínas, 317Elétrons Fluem do Ubiquinol para o Citocromo c Através da

Q-citocromo c Oxidorredutase, 317O Ciclo Q Converge Elétrons de um Carreador de Dois

Elétrons para um Carreador de um Elétron e Bombeia Prótons, 317

Citocromo c Oxidase Catalisa a Redução do Oxigênio Molecular em Água, 319

Aspecto Biológico A Zona da Morte: Respiração Excessiva, 321

Derivados Tóxicos do Oxigênio Molecular, como o Radical Superóxido, São Varridos por Enzimas Protetoras, 322

Capítulo 20 A Força Próton-Motriz, 326

20.1 Um Gradiente de Prótons Impulsiona a Síntese de ATP, 326ATP Sintase é Composta de uma Unidade Condutora de

Prótons e de uma Unidade Catalítica, 328Fluxo de Prótons Através da ATP Sintase Leva à Liberação

do ATP Firmemente Ligado, 328Catálise Rotacional é o Menor Motor Molecular do

Mundo, 329Fluxo de Prótons ao Redor do Anel c Impulsiona a Síntese de

ATP, 330

20.2 Lançadeiras Permitem o Movimento Através das Membranas Mitocondriais, 332Elétrons do NADH Citoplasmático Entram nas Mitocôndrias

por Lançadeiras, 332A Entrada de ADP nas Mitocôndrias é Acoplada à Saída de

ATP, 333Transportadores Mitocondriais Permitem a Troca Metabólica

Entre Citoplasma e Mitocôndrias, 334

20.3 Respiração Celular é Regulada pela Necessidade de ATP, 335A Oxidação Completa de Glicose Origina Aproximadamente

30 Moléculas de ATP, 335A Velocidade da Fosforilação Oxidativa é Determinada pelas

Necessidades de ATP, 336

Aspecto Biológico Desacoplamento Regulado Leva à Geração de Calor, 337

A Fosforilação Oxidativa Pode Ser Inibida em Muitos Estágios, 338

Aspecto Clínico Do Vício à Morte: Drogas Ilícitas, Doença de Parkinson e Mitocôndrias Envenenadas, 338

Aspecto Clínico Doenças Mitocondriais Aumentam em Número ao Serem Descobertas, 340

Transmissão de Energia por Gradientes de Prótons é um Tema Central da Bioenergética, 340

SEÇÃO 10 As Reações à Luz da Fotossíntese e o Ciclo de Calvin, 345

Capítulo 21 As Reações à Luz, 34721.1 Fotossíntese Ocorre em Cloroplastos, 348

Aspecto Biológico Cloroplastos, Semelhantes às Mitocôndrias, Surgiram de um Evento Endossimbiótico, 349

21.2 Fotossíntese Transforma Energia Luminosa em Energia Química, 349Clorofi la é o Aceptor Principal de Luz na Maioria dos

Sistemas Fotossintéticos, 350Complexos de Colheita de Luz Aumentam a Efi ciência da

Fotossíntese, 351

Aspecto Biológico Clorofi la em Batatas Sugere a Presença de uma Toxina, 352

21.3 Dois Fotossistemas Geram um Gradiente de Prótons e NADPH, 352Fotossistema I Utiliza Energia Luminosa para Gerar

Ferredoxina Reduzida, um Poderoso Redutor, 353Fotossistema II Transfere Elétrons para o Fotossistema I e

Gera um Gradiente de Prótons, 354Citocromo bf Une o Fotossistema II ao Fotossistema I, 355A Oxidação da Água Alcança o Equilíbrio de Oxidorredução

e Contribui com Prótons para o Gradiente de Prótons, 355

21.4 Um Gradiente de Prótons Impulsiona a Síntese de ATP, 357A ATP Sintase dos Cloroplastos se Assemelha à das

Mitocôndrias, 357O Fluxo Cíclico de Elétrons Através do Fotossistema I Leva à

Produção de ATP em Vez de NADPH, 358A Absorção de Oito Prótons Origina Uma Molécula de O2,

Duas de NADPH e Três de ATP, 359Os Componentes da Fotossíntese São Muito

Organizados, 359

Aspecto Biológico Muitos Herbicidas Inibem as Reações à Luz da Fotossíntese, 360

Capítulo 22 O Ciclo de Calvin, 364

22.1 O Ciclo de Calvin Sintetiza Hexoses a Partir de Dióxido de Carbono e Água, 364Dióxido de Carbono Reage com Ribulose 1,5-bisfosfato,

Formando Duas Moléculas de 3-fosfoglicerato, 365Hexoses Fosfato São Produzidas a Partir de Fosfoglicerato e

a Ribulose 1,5-bisfosfato é Regenerada, 366Três Moléculas de ATP e Duas Moléculas de NADPH São

Utilizadas para Trazer o Dióxido de Carbono ao Nível de uma Hexose, 368

Aspecto Biológico Uma Erupção Vulcânica Pode Afetar a Fotossíntese de Todo o Mundo, 369

Amido e Sacarose São os Principais Glicídeos de Armazenamento em Vegetais, 370

Aspecto Biológico Por que o Pão se Torna Velho: O Papel do Amido, 370

22.2 O Ciclo de Calvin é Regulado pelo Ambiente, 371A Via C4 dos Vegetais Tropicais Acelera a Fotossíntese por

Concentrar Dióxido de Carbono, 372

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Conteúdoxxii

O Metabolismo de Ácidos das Crassuláceas Permite Crescimento em Ecossistemas Áridos, 373

Rubisco é Ativada por Alterações Impulsionadas pela Luz nas Concentrações de Iontes Hidrogênio e deMagnésio, 374

Tiorredoxina Desempenha um Papel Importante na Regulação do Ciclo de Calvin, 374

SEÇÃO 11 Metabolismo do Glicogênio e a Via Pentose Fosfato, 379

Capítulo 23 Degradação do Glicogênio, 381

23.1 Degradação do Glicogênio Necessita de Várias Enzimas, 382Fosforilase Cliva Glicogênio, Liberando Glicose 1-fosfato, 382Uma Enzima Desramifi cadora Também é Necessária para a

Quebra do Glicogênio, 382Fosfoglicomutase Converte Glicose 1-fosfato em Glicose

6-fosfato, 383Fígado Contém Glicose 6-fosfatase, uma Enzima Hidrolítica

Ausente do Músculo, 384

23.2 Fosforilase é Regulada por Interações Alostéricas e Fosforilação Reversível, 384Fosforilase Muscular é Regulada pela Carga Energética

Intracelular, 385Fosforilase Hepática Produz Glicose para Utilização por

Outros Tecidos, 386Fosforilase Cinase é Ativada por Fosforilação e por Iontes

Cálcio, 386

Aspecto Clínico Doença de Hers se Deve a uma Defi ciência de Fosforilase, 387

23.3 Epinefrina e Glucagon Sinalizam as Necessidades para a Quebra do Glicogênio, 388Proteínas G Transmitem o Sinal para a Iniciação da Quebra

do Glicogênio, 388Quebra do Glicogênio Deve Ser Rapidamente Interrompida

Quando Houver Necessidade, 389

Capítulo 24 Síntese do Glicogênio, 392

24.1 Glicogênio é Sintetizado e Degradado por Vias Diferentes, 392UDP-Glicose é uma Forma Ativada de Glicose, 393Glicogênio Sintase Catalisa a Transferência de Glicose a

Partir da UDP-Glicose para uma Cadeia em Crescimento, 393

Uma Enzima Ramifi cadora Forma as Ligações �-1,6, 394Glicogênio Sintase é a Enzima Reguladora Importante na

Síntese do Glicogênio, 395Glicogênio é uma Forma Efi ciente de Armazenamento de

Glicose, 395

24.2 Metabolismo no Contexto: A Degradação e a Síntese do Glicogênio São Inversamente Reguladas, 395Proteína Fosfatase 1 Reverte os Efeitos Reguladores das

Cinases Sobre o Metabolismo do Glicogênio, 396Insulina Estimula a Síntese do Glicogênio por Ativar a

Glicogênio Sintase Cinase, 398O Metabolismo do Glicogênio no Fígado Regula a

Glicemia, 398

Aspecto Clínico Diabetes Mellitus Resulta da Defi ciência de Insulina e Excesso de Glucagon, 399

Aspecto Clínico É Possível um Entendimento Bioquímico das Doenças de Armazenamento de Glicogênio, 400

Capítulo 25 A Via Pentose Fosfato, 404

25.1 A Via Pentose Fosfato Origina NADPH e Pentoses, 405Duas Moléculas de NADPH São Geradas na Conversão de

Glicose 6-fosfato em Ribulose 5-fosfato, 405A Via Pentose Fosfato e a Glicólise São Unidas pela

Transcetolase e pela Transaldolase, 405

25.2 Metabolismo no Contexto: Glicólise e Via das Pentoses São Controladas de Modo Coordenado, 409A Velocidade da Via das Pentoses é Controlada pelo Nível

de NADP+, 409O Destino da Glicose 6-fosfato Depende da Necessidade de

NADPH, Ribose 5-fosfato e de ATP, 409

25.3 Glicose 6-fosfato Desidrogenase Reduz o Estresse Oxidativo, 411

Aspecto Clínico A Defi ciência de Glicose 6-fosfato Desidrogenase Causa uma Anemia Hemolítica Induzida por Droga, 412

Aspecto Biológico Uma Defi ciência de Glicose 6-fosfato Desidrogenase Confere uma Vantagem Evolutiva em Algumas Circunstâncias, 413

SEÇÃO 12 Metabolismo de Ácidos Graxos e de Lipídeos, 415

Capítulo 26 Degradação de Ácidos Graxos, 417

26.1 Ácidos Graxos São Processados em Três Estágios, 417Triacilgliceróis São Hidrolisados por Lipases Sensíveis a

Hormônio, 418Ácidos Graxos se Unem à Coenzima A Antes de Serem

Oxidados, 419

Aspecto Clínico Ocorrem Doenças se os Ácidos Graxos Não Puderem Penetrar nas Mitocôndrias, 420

Acetil CoA, NADH e FADH2 São Gerados por Oxidação de Ácidos Graxos, 421

A Completa Oxidação de Palmitato Gera 106 Moléculas de ATP, 422

26.2 A Degradação de Ácidos Graxos Insaturados e de Cadeia Ímpar Necessita de Etapas Adicionais, 423Uma Isomerase e uma Redutase São Necessárias para a

Oxidação de Ácidos Graxos Insaturados, 423Ácidos Graxos de Cadeia Ímpar Originam Propionil CoA na

Etapa Final de Tiólise, 424

26.3 Corpos Cetônicos São Outra Fonte Energética Derivada de Lipídeos, 425Síntese de Corpos Cetônicos Ocorre no Fígado, 425Animais Não Podem Converter Ácidos Graxos em

Glicose, 426

26.4 Metabolismo no Contexto: Metabolismo de Ácido Graxo é uma Fonte de Compreensão para Várias Doenças, 426

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Diabetes Pode Levar a uma Produção Excessiva de Corpos Cetônicos Potencialmente Fatal, 426

Corpos Cetônicos São uma Fonte Muito Importante de Energia Durante o Jejum Prolongado, 427

Capítulo 27 Síntese de Ácidos Graxos, 433

27.1 A Síntese de Ácidos Graxos Ocorre em Três Estágios, 434Citrato Carreia Grupamentos Acetila da Mitocôndria para o

Citoplasma, 434Várias Fontes Fornecem NADPH para a Síntese de Ácidos

Graxos, 435A Formação de Malonil CoA é a Etapa Limitante da Síntese

de Ácidos Graxos, 435Síntese de Ácidos Graxos Consiste em uma Série de Reações

de Condensação, Redução, Desidratação e Redução, 436A Síntese de Palmitato Necessita de 8 Moléculas de Acetil

CoA, 14 de NADPH e 7 de ATP, 438Ácidos Graxos São Sintetizados em Animais por um

Complexo Enzimático Multifuncional, 438

Aspecto Clínico Inibidores da Ácido Graxo Sintase Podem Ser Medicamentos Úteis, 439

Aspecto Clínico Um Ácido Graxo Pequeno que Causa Grandes Problemas, 439

27.2 Enzimas Adicionais Alongam e Insaturam Ácidos Graxos, 439Enzimas Ligadas à Membrana Geram Ácidos Graxos

Insaturados, 440Hormônios Icosanoides Derivam de Ácidos Graxos

Polinsaturados, 440

Aspecto Clínico Aspirina Exerce Seus Efeitos por Modifi car de Modo Covalente uma Enzima Importante, 441

27.3 Acetil CoA Carboxilase é uma Importante Enzima Reguladora do Metabolismo de Ácidos Graxos, 441Acetil CoA Carboxilase é Regulada por Condições

Celulares, 441Acetil CoA Carboxilase é Regulada por uma Gama de

Hormônios, 442

27.4 Metabolismo no Contexto: Etanol Altera o Metabolismo Energético no Fígado, 443

Capítulo 28 Síntese de Lipídeos: Lipídeos de Armazenamento, Fosfolipídeos e Colesterol, 447

28.1 Fosfatidato é um Precursor de Lipídeos de Armazenamento e de Muitos Lipídeos de Membrana, 447Triacilglicerol é Sintetizado a Partir do Fosfatidato em Duas

Etapas, 448Síntese de Fosfolipídeo Necessita de Precursores

Ativados, 448Esfi ngolipídeos São Sintetizados a Partir da Ceramida, 450

Aspecto Clínico Gangliosídeos Servem como Locais de Ligação para Patógenos, 451

Aspecto Clínico Metabolismo Lipídico Alterado Resulta na Síndrome da Angústia Respiratória e na Doença de Tay-Sachs, 451

28.2 Colesterol é Sintetizado a Partir de Acetil Coenzima A em Três Estágios, 452A Formação de Mevalonato Inicia a Síntese de Colesterol, 453Esqualeno (C30) é Sintetizado a Partir de Seis Moléculas de

Isopentenil Pirofosfato (C5), 453Esqualeno se Cicliza Formando Colesterol, 454

28.3 A Regulação da Síntese de Colesterol Ocorre em Vários Níveis, 454

28.4 Lipoproteínas Transportam Colesterol e Triacilgliceróis por Todo o Organismo, 456

Aspecto Clínico Os Níveis Sanguíneos de Certas Lipoproteínas Podem Servir a Propósitos Diagnósticos, 457

Lipoproteínas de Baixa Densidade Desempenham um Papel Fundamental no Metabolismo do Colesterol, 457

Aspecto Clínico A Ausência do Receptor de LDL Leva à Hipercolesterolemia e à Aterosclerose, 458

28.5 Colesterol é o Precursor de Hormônios Esteroides, 460Sais Biliares Facilitam a Absorção de Lipídeos, 460Hormônios Esteroides São Moléculas Sinalizadoras Muito

Importantes, 460Vitamina D Deriva do Colesterol pela Energia Solar, 462

Aspecto Clínico Vitamina D é Necessária para o Desenvolvimento Ósseo, 462

Aspecto Clínico Androgênios Podem Ser Utilizados para de Modo Artifi cial Aumentar o Desempenho Atlético, 462

Átomos de Oxigênio São Adicionados aos Esteróis pelas Monoxigenases Citocromo P450, 462

Metabolismo no Contexto: Etanol Também é Processado pelo Sistema P450, 463

SEÇÃO 13 O Metabolismo das Moléculas que Contêm Nitrogênio, 467

Capítulo 29 Síntese de Aminoácidos, 469

29.1 O Complexo de Nitrogenase Fixa Nitrogênio, 470O Cofator Molibdênio-Ferro da Nitrogenase Liga e Reduz o

Nitrogênio Atmosférico, 471Ionte Amônio é Incorporado em um Aminoácido Através do

Glutamato e da Glutamina, 472

29.2 Aminoácidos São Produzidos a Partir de Intermediários das Principais Vias, 472Humanos Podem Sintetizar Alguns Aminoácidos, mas

Devem Obter Outros da Alimentação, 472Alguns Aminoácidos Podem Ser Produzidos por Reações de

Transaminação Simples, 473Serina, Cisteína e Glicina São Formadas a Partir de

3-fosfoglicerato, 474Tetra-hidrofolato Carreia Unidades Monocarbonadas

Ativadas, 474S-Adenosilmetionina é o Principal Doador de Metilas, 476

Aspecto Clínico Altos Níveis de Homocisteína se Correlacionam com Doença Vascular, 477

29.3 Inibição por Feedback Regula a Biossíntese de Aminoácidos, 477A Etapa Limitante é o Local Comum de Regulação, 477Vias Ramifi cadas Necessitam de Regulação Sofi sticada, 478

Tymoczko 00a.indd xxiiiTymoczko 00a.indd xxiii 25.11.10 14:25:5025.11.10 14:25:50


Conteúdoxxiv

Capítulo 30 Metabolismo de Nucleotídeos, 482

30.1 Uma Visão Geral da Nomenclatura e da Biossíntese de Nucleotídeos, 483

30.2 O Anel Pirimidínico é Montado e Daí Unido a uma Ribose, 484CTP é Formada pela Aminação de UTP, 485Cinases Convertem Nucleosídeos Monofosfatos em

Nucleosídeos Trifosfatos, 485

30.3 O Anel Purínico é Montado Sobre a Ribose Fosfato, 486AMP e GMP São Formados a Partir de IMP, 488Bases Podem Ser Recicladas pelas Vias de Recuperação, 488

30.4 Ribonucleotídeos São Reduzidos a Desoxirribonucleotídeos, 489Timidilato é Formado por Metilação do Desoxiuridilato, 490

Aspecto Clínico Vários Medicamentos Valiosos Contra o Câncer Bloqueiam a Síntese de Timidilato, 490

30.5 Biossíntese de Nucleotídeos é Regulada Através de Inibição por Feedback, 492Biossíntese de Pirimidinas é Regulada pela Aspartato

Transcarbamilase, 492A Síntese de Nucleotídeos Purínicos é Controlada Através de

Inibição por Feedback em Vários Locais, 492A Síntese de Desoxirribonucleotídeos é Controlada pela

Regulação da Ribonucleotídeo Redutase, 493

30.6 Distúrbios no Metabolismo de Nucleotídeos Podem Causar Doenças, 493

Aspecto Clínico A Perda da Atividade da Adenosina Desaminase Resulta em Imunodefi ciência Combinada Severa, 493

Aspecto Clínico Gota é Induzida por Altos Níveis Séricos de Urato, 494

Aspecto Clínico A Síndrome de Lesch-Nyhan é uma Consequência Dramática de Mutações em uma Enzima da Via de Recuperação, 495

Capítulo 31 Degradação de Aminoácidos e o Ciclo da Ureia, 499

31.1 A Remoção do Nitrogênio é a Primeira Etapa na Degradação de Aminoácidos, 500Grupamentos Amino � São Convertidos em Iontes Amônio

por Desaminação Oxidativa do Glutamato, 500Tecidos Periféricos Transportam Nitrogênio para o

Fígado, 501

31.2 Ionte Amônio é Convertido em Ureia na Maioria dos Vertebrados Terrestres, 502O Ciclo da Ureia é Ligado à Gliconeogênese, 504

Aspecto Clínico Metabolismo no Contexto: Defeitos Hereditários do Ciclo da Ureia Causam Hiperamonemia, 505

Aspecto Biológico Ureia Não é o Único Meio de Eliminar o Excesso de Nitrogênio, 505

31.3 Átomos de Carbono de Aminoácidos Degradados Emergem como Intermediários Metabólicos Importantes, 506

Piruvato é o Ponto de Entrada no Metabolismo, 507Oxaloacetato é Outro Ponto de Entrada no

Metabolismo, 507Alfacetoglutarato é Ainda Outro Ponto de Entrada no

Metabolismo, 507Succinil CoA é um Ponto de Entrada para Vários

Aminoácidos Apolares, 508Aminoácidos de Cadeia Ramifi cada Originam Acetil

Coenzima A, Acetoacetato ou Succinil Coenzima A, 509Oxigenases São Necessárias para a Degradação de

Aminoácidos Aromáticos, 510Metionina é Degradada em Succinil Coenzima A, 511

Aspecto Clínico Erros Inatos do Metabolismo Podem Perturbar a Degradação dos Aminoácidos, 512

PARTE III SÍNTESE DAS MOLÉCULAS DA VIDA

SEÇÃO 14 Estrutura dos Ácidos Nucleicos e Replicação do DNA, 517

Capítulo 32 Estrutura das Macromoléculas da Informação: DNA e RNA, 519

32.1 Um Ácido Nucleico Consiste em Bases Unidas a um Arcabouço de Ose-Fosfato, 519DNA e RNA Diferem na Ose e em uma das Bases, 520Nucleotídeos São as Unidades Monoméricas dos Ácidos

Nucleicos, 521Moléculas de DNA São Muito Longas, 522

32.2 Cadeias de Ácido Nucleico Podem Formar uma Estrutura em Hélice Dupla, 523A Hélice Dupla é Estabilizada por Pontes de Hidrogênio e

pelo Efeito Hidrófobo, 523A Hélice Dupla Facilita a Transmissão Precisa da Informação

Hereditária, 525Meselson e Stahl Demonstraram que a Replicação é

Semiconservativa, 525As Fitas da Hélice Dupla Podem Ser Reversivelmente

Separadas, 526

32.3 As Hélices Duplas do DNA Podem Adotar Várias Formas, 527Z-DNA é uma Hélice Sinistrorsa na qual as Fosforilas do

Arcabouço Ziguezagueiam, 527Os Sulcos Maior e Menor São Revestidos por Grupamentos

Formadores de Pontes de Hidrogênio Específi cos para Sequências, 528

DNA de Fita Dupla Pode se Enrolar ao Redor de Si Mesmo para Formar Estruturas Super-helicoidizadas, 529

32.4 DNA de Eucariontes Está Associado com Proteínas Específi cas, 530Nucleossomos São Complexos de DNA e Histonas, 531DNA de Eucariontes Está Circundado por Histonas

Formando Nucleoproteínas, 531

Aspecto Clínico DNA Danifi cado Pode Inibir o Crescimento de Células Cancerosas, 532

32.5 RNA Pode Adotar Estruturas Elaboradas, 533

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Conteúdo xxv

Capítulo 33 Replicação do DNA, 538

33.1 O DNA é Replicado por Polimerases, 539DNA Polimerase Catalisa a Formação de Ligações

Fosfodiéster, 539A Especifi cidade da Replicação é Determinada pela

Complementariedade das Bases, 541A Separação das Fitas de DNA Necessita de Helicases

Específi cas e da Hidrólise de ATP, 541Topoisomerases Preparam a Dupla Hélice para a

Abertura, 542

Aspecto Clínico A Topoisomerase Bacteriana é um Alvo Terapêutico, 543

Muitas Polimerases Revisam as Bases Recentemente Adicionadas e Extirpam os Erros, 543

33.2 A Replicação do DNA é Muito Bem Coordenada, 544A Replicação do DNA na E. coli Começa em um

Único Local, 544Um Primer de RNA Sintetizado pela Primase Capacita o

Começo da Síntese de DNA, 545Uma Fita de DNA é Produzida Continuamente e a Outra Fita

é Sintetizada em Fragmentos, 545A Replicação do DNA Necessita de Polimerases Muito

Processivas, 546As Fitas Vanguardeira e Retardatária São Sintetizadas de

Modo Coordenado, 546A Síntese de DNA é Mais Complexa em Eucariontes do que

em Procariontes, 548Telômeros São Estruturas Especiais nas Extremidades dos

Cromossomos Lineares, 549Telômeros São Replicados pela Telomerase, uma Polimerase

Especializada que Carreia Seu Próprio Molde de RNA, 550

Capítulo 34 Reparo e Recombinação do DNA, 553

34.1 Erros Podem Ocorrer na Replicação do DNA, 554

Aspecto Clínico Algumas Doenças Genéticas São Causadas pela Expansão de Repetições de Três Nucleotídeos, 554

As Bases Podem Ser Danifi cadas por Agentes Oxidantes, Agentes Alquilantes e Luz, 555

34.2 Danos ao DNA Podem Ser Detectados e Reparados, 557A Presença da Timina em Vez da Uracila no DNA Permite o

Reparo da Citosina Desaminada, 559

Aspecto Clínico Muitos Cânceres São Causados por um Reparo Defeituoso do DNA, 559

Muitos Carcinógenos Potenciais Podem Ser Detectados Através de Sua Ação Mutagênica em Bactérias, 560

34.3 A Recombinação do DNA Desempenha Importantes Papéis na Replicação e no Reparo, 561RecA Pode Iniciar a Recombinação Através da Promoção da

Invasão da Fita, 562Algumas Reações de Recombinação Ocorrem Através de

Intermediários da Junção de Holliday, 562

SEÇÃO 15 Síntese, Processamento e Regulação de RNA, 567

Capítulo 35 Síntese e Regulação de RNA em Procariontes, 569

35.1 RNA Celular é Sintetizado por RNA Polimerases, 569Genes São Unidades de Transcrição, 571RNA Polimerase é Composta por Várias Subunidades, 571

35.2 Síntese de RNA Compreende Três Estágios, 571Transcrição é Iniciada em Locais Promotores no Molde de

DNA, 571Subunidades Sigma da RNA Polimerase Reconhecem os

Locais Promotores, 572As Cadeias de RNA Crescem no Sentido 5� para 3�, 573Alongamento Ocorre em Bolhas de Transcrição que se

Movem ao Longo do Molde de DNA, 574Um RNA em Forma de Grampo de Cabelo (Hairpin) Seguido

por Várias Uracilas Termina a Transcrição de Alguns Genes, 575

A Proteína Rô Ajuda a Terminar a Transcrição de Alguns Genes, 575

Precursores de RNA de Transferência e Ribossomal São Clivados e Quimicamente Modifi cados Após a Transcrição, 576

Aspecto Clínico Alguns Antibióticos Inibem a Transcrição, 577

35.3 O lac Óperon Ilustra o Controle da Expressão Gênica em Procariontes, 578Um Óperon Consiste em Elementos Reguladores e em Genes

que Codifi cam Proteínas, 578A União de um Ligando Induz Alterações Estruturais em

Proteínas Reguladoras, 579Transcrição Pode Ser Estimulada por Proteínas que Entram

em Contato com a RNA Polimerase, 579

Capítulo 36 Expressão Gênica em Eucariontes, 583

36.1 Células de Eucariontes Têm Três Tipos de RNA Polimerases, 584

36.2 RNA Polimerase II Necessita de Regulação Complexa, 586O Complexo Proteico TFIID Inicia a Montagem do Complexo

de Transcrição Ativo, 587Sequências Acentuadoras Podem Estimular a Transcrição em

Locais de Partida Milhares de Bases Afastados, 588

Aspecto Clínico Utilização Inapropriada do Acentuador Pode Causar Câncer, 588

Vários Fatores de Transcrição Interagem com Promotores e Acentuadores de Eucariontes, 588

36.3 Expressão Gênica é Regulada por Hormônios, 589Receptores Nucleares de Hormônios Têm Estruturas de

Domínio Semelhantes, 589Receptores Nucleares de Hormônios Recrutam Coativadores

e Correpressores, 590

Aspecto Clínico Receptores dos Hormônios Esteroides São Alvos de Medicamentos, 591

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36.4 Acetilação das Histonas Resulta em Remodelamento da Cromatina, 591Histona Acetiltransferases Ligam uma Acetila na Lisina das

Histonas, 592Histona Desacetilases Contribuem para a Repressão

Transcricional, 593

Capítulo 37 Processamento de RNA em Eucariontes, 596

37.1 RNA Ribossomal Maduro é Gerado pela Clivagem de uma Molécula Precursora, 597

37.2 RNA de Transferência é Amplamente Processado, 59737.3 RNA Mensageiro é Modifi cado e Recomposto, 598

Sequências nas Extremidades dos Íntrons Especifi cam os Locais de Recomposição em Precursores de mRNA, 599

RNA Nucleares Pequenos em Spliceossomos Catalisam a Recomposição de Precursores de mRNA, 600

A Transcrição e a Recomposição do mRNA São Acopladas, 601

Aspecto Clínico Mutações que Afetam a Recomposição dos Pré-mRNA Causam Doenças, 602

A Maioria dos Pré-mRNA Pode Ser Recomposta por Vias Alternativas, Originando Diferentes Proteínas, 602

37.4 RNA Pode Funcionar como um Catalisador, 603

SEÇÃO 16 Síntese Proteica, 607

Capítulo 38 O Código Genético, 609

38.1 O Código Genético Une a Informação do Ácido Nucleico e da Proteína, 609O Código Genético é Quase Universal, 611Moléculas de RNA de Transferência Têm um Esboço

Comum, 611Algumas Moléculas de RNA de Transferência Reconhecem

Mais de um Códon, Devido à Oscilação no Pareamento de Bases, 613

A Síntese de Proteínas Longas Necessita de uma Baixa Frequência de Erro, 614

38.2 Aminoácidos São Ativados pela União ao RNA de Transferência, 614Aminoácidos São Inicialmente Ativados por Adenilação, 615Aminoacil-tRNA Sintetases Têm Pontos de Ativação de

Aminoácidos Altamente Discriminantes, 615A Revisão pela Aminoacil-tRNA Sintetase Aumenta a

Fidelidade da Síntese Proteica, 616Sintetases Reconhecem as Alças do Anticódon e as Hastes

Aceptoras das Moléculas de RNA de Transferência, 617

38.3 Um Ribossomo é uma Partícula Ribonucleoproteica Composta de Duas Subunidades, 617RNA Ribossomal Desempenha um Papel Fundamental na

Síntese Proteica, 618O RNA Mensageiro é Traduzido no Sentido 5� para 3�, 618

Capítulo 39 O Mecanismo da Síntese de Proteínas, 623

39.1 A Síntese de Proteínas Decifra a Informação no RNA Mensageiro, 623

Ribossomos Têm Três Locais de Ligação ao tRNA que Unem as Subunidades 30S e 50S, 623

O Sinal de Iniciação é AUG (ou GUG), Precedido de Várias Bases que se Pareiam com o RNA Ribossomal 16S, 624

A Síntese de Proteínas Bacteriana é Iniciada pelo Formilmetionil RNA de Transferência, 625

Formilmetionil-tRNAf é Colocado no Local P do Ribossomo na Formação do Complexo de Iniciação 70S, 625

Fatores de Alongamento Saem do Aminoacil-tRNA para o Ribossomo, 626

Peptidil Transferase Catalisa a Síntese da Ligação Peptídica, 626

A Formação de uma Ligação Peptídica é Seguida por uma Translocação Impulsionada por GTP de tRNA e de mRNA, 627

A Síntese Proteica Termina por Fatores de Liberação que Leem os Códons de Parada, 628

39.2 Procariontes e Eucariontes Diferem na Iniciação da Síntese de Proteínas, 629

Aspecto Clínico Mutações no Fator de Iniciação 2 Causam uma Doença Curiosa, 630

39.3 Uma Gama de Biomoléculas Pode Inibir a Síntese de Proteínas, 631

Aspecto Clínico Alguns Antibióticos Inibem a Síntese de Proteínas, 631

Aspecto Clínico A Toxina Diftérica Bloqueia a Síntese de Proteínas em Eucariontes por Inibir a Translocação, 632

Aspecto Clínico Ricina Modifi ca de Modo Fatal o RNA Ribossomal 28S, 633

39.4 Ribossomos Ligados ao Retículo Endoplasmático Produzem Proteínas de Secreção e de Membrana, 634A Síntese de Proteínas Começa nos Ribossomos que Estão

Livres no Citoplasma, 634As Sequências Sinalizadoras Distinguem Proteínas para

Translocação Através da Membrana do Retículo Endoplasmático, 634

39.5 A Síntese de Proteínas é Regulada por uma Gama de Mecanismos, 636A Utilização do RNA Mensageiro Está Sujeita à

Regulação, 636A Estabilidade do RNA Mensageiro Pode Também Ser

Regulada, 637RNA Pequenos Podem Regular a Estabilidade e a Utilização

do mRNA, 637

SEÇÃO 17 Bioquímica Experimental, 643

Capítulo 40 Técnicas em Bioquímica de Proteínas, 645

40.1 O Proteoma é a Representação Funcional do Genoma, 646

40.2 A Purifi cação de Proteínas é a Primeira Etapa para o Entendimento de Sua Função, 646Proteínas Devem Ser Removidas da Célula para Serem

Purifi cadas, 647Proteínas Podem Ser Purifi cadas de Acordo com

Solubilidade, Tamanho, Carga e Afi nidade de Ligação, 647

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Conteúdo xxvii

Proteínas Podem Ser Separadas por Eletroforese em Gel e Exibidas, 650

Um Esquema de Purifi cação Pode Ser Avaliado de Modo Quantitativo, 652

40.3 Determinação da Estrutura Primária Facilita o Entendimento da Função Proteica, 653Sequências de Aminoácidos São Fontes de Muitos Tipos de

Compreensão, 656

Aspecto Clínico Entendendo a Doença ao Nível Molecular: A Anemia Falciforme Resulta da Troca de um Único Aminoácido, 657

Capítulo 41 Técnicas Imunológicas e de DNA Recombinante, 661

41.1 Proteínas Necessitam de um Ensaio para Purifi cação, 662Centrifugação é um Meio de Separar Proteínas, 662Centrifugação de Gradiente Fornece um Ensaio para o

Complexo Estradiol-Receptor, 663

41.2 Imunologia Fornece Importantes Técnicas para Investigar Proteínas, 664Podem Ser Gerados Anticorpos Contra Proteínas

Específi cas, 664Anticorpos Monoclonais Podem Ser Prontamente Preparados

com Quase Qualquer Especifi cidade Desejada, 666O Receptor de Estrogênio Pode Ser Purifi cado por

Imunoprecipitação, 668Proteínas Podem Ser Detectadas e Quantifi cadas com a

Utilização de um Ensaio Imunoadsorvente Ligado à Enzima, 669

Western Blotting Permite a Detecção de Proteínas Separadas por Eletroforese em Gel, 670

41.3 Genética Reversa Permite a Síntese de Ácidos Nucleicos a Partir de uma Sequência de Proteína, 671Sequência de Proteína é um Guia para a Informação de

Ácido Nucleico, 671Sondas de DNA Podem Ser Sintetizadas por Métodos

Automatizados, 672

41.4 Tecnologia do DNA Recombinante Tem Revolucionado Todos os Aspectos da Biologia, 673Enzimas de Restrição Cindem o DNA em Fragmentos

Específi cos, 673

Enzimas de Restrição e DNA Ligase São Ferramentas Importantes para Formar Moléculas de DNA Recombinante, 674

41.5 Genes de Eucariontes Podem Ser Manipulados com Considerável Precisão, 674DNA Complementar Preparado a Partir de mRNA Pode Ser

Expresso em Células Hospedeiras, 675cDNA do Receptor de Estrogênio Pode Ser Identifi cado por

Triagem de uma Biblioteca de cDNA, 676Bibliotecas de DNA Complementar Podem Sofrer Triagem

para as Proteínas Sintetizadas, 676Genes Específi cos Podem Ser Clonados a Partir de Produtos

de Digestão do DNA Genômico, 678DNA Pode Ser Sequenciado pelo Término Controlado da

Replicação, 678Sequências Selecionadas de DNA Podem Ser Muito

Amplifi cadas pela Reação em Cadeia pela Polimerase, 680

Aspecto Clínico PCR é uma Técnica Poderosa em Diagnóstico Médico, em Medicina Legal e em Estudos de Evolução Molecular, 683

Níveis de Expressão Gênica Podem Ser Examinados de Modo Abrangente, 683

Apêndices, 688

Glossário, 694

Respostas dos Problemas, 708

Índice Alfabético, 733

Leituras Selecionadas (disponíveis para download em http://gen-io.grupogen.com.br, na área relativa a este livro)

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A Bioquímica Ajuda-nos a Entender Nosso Mundo

1S E Ç Ã O

Objetivos de Aprendizagem Quais são as principais classes de biomoléculas? O que é dogma central? Como as células de eucariontes diferem das de procariontes? Por que a água é muito importante para as interações bioquímicas? Quais são os tipos de interações reversíveis, não covalentes e por que elas são impor-tantes em Bioquímica?

O que é pH?

O objetivo fi nal de todos os esforços científi cos é desenvolver um entendimento mais rico e mais profundo de nós próprios e do mundo em que vivemos. A Bioquímica tem

tido e continuará a ter um papel amplo em ajudar-nos a desenvolver esse entendimento. Bioquímica, o estudo dos organismos vivos ao nível molecular, mostrou-nos muitos dos de-talhes da maioria dos processos fundamentais da vida. Por exemplo, a Bioquímica mostrou como uma única molécula de DNA pode criar duas cópias idênticas de si própria e como a informação inerente na molécula de DNA é expressa em uma maneira biologicamente útil. Em outras palavras, a Bioquímica mostrou-nos como a informação fl ui dos genes para moléculas que têm capacidades funcionais. Em anos recentes, a Bioquímica tem também elucidado alguns dos mistérios das moléculas geradoras que fornecem a energia que im-pulsiona os organismos vivos. A concretização que podemos entender de tais processos da vida tem implicações fi losófi cas signifi cativas. O que signifi ca bioquimicamente o ser humano? Quais são as diferenças bioquímicas entre um ser humano, um chimpanzé, um rato e uma drosófi la? Somos mais semelhantes do que diferentes?

O entendimento alcançado pela Bioquímica está infl uenciando muito a Medicina e outras áreas. Embora não possamos estar habituados a pensar em doenças em relação às moléculas, a doença é no fi m das contas alguma forma de mau funcionamento ao nível molecular. As lesões moleculares que causam a anemia falciforme, a fi brose cística, a hemofi lia e muitas outras doenças genéticas foram elucidadas ao nível molecular. Foram elucidados muitos dos eventos moleculares que contribuem para o desenvolvimento do câncer. Um entendimento dos defeitos subjacentes abre caminho para a descoberta de terapias efi cazes. A Bioquímica torna possível o planejamento racional de novas drogas, incluindo inibidores específi cos de enzimas necessárias para a replicação de vírus, como o vírus da imunodefi ciência humana (HIV), o agente causador da AIDS (SIDA). Bactérias ou outros organismos geneticamente projetados podem ser utilizados como “fábricas” para produzirem proteínas valiosas como a insulina e estimulantes do desenvolvimento de células sanguíneas. A Bioquímica está também contribuindo esplendidamente para o diagnóstico clínico. Por exemplo, níveis elevados de enzimas intrigantes no sangue revelam se o paciente recentemente teve um infarto do miocárdio (ataque cardíaco). Também, a agricultura benefi cia-se dos avanços em Bioquímica como o desenvolvimento de herbici-das e pesticidas mais efi cazes e mais seguros e com a criação de vegetais geneticamente planejados que são, por exemplo, mais resistentes aos insetos.

A Bioquímica outorga-nos a lidar com algumas das questões mais excitantes e pro-fundas que podemos questionar. Como um óvulo humano fertilizado dá origem a um ser

Capítulo 1: Bioquímica e a Unidade da Vida

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humano, com uma ampla ordenação de células e tecidos que interagem e são interdepen-dentes? Como trabalham os sentidos; isto é, como conhecemos o mundo? Quais são as bases moleculares dos distúrbios mentais como a doença de Alzheimer e a esquizofrenia? As respostas a tais questões, que no momento parecem remotas, foram parcialmente reveladas e estarão possivelmente a ser mais a fundo reveladas em um futuro próximo.

Nesta seção, aprenderemos alguns dos conceitos importantes que dão sustentação ao estudo da Bioquímica. Começaremos com uma introdução às moléculas bioquímicas, seguida por uma visão geral da unidade da Bioquímica e da própria vida — a célula. Final-mente, examinaremos as fracas reações reversíveis que capacitam a formação de estruturas biológicas e permitem a interação entre moléculas que tornam possível a vida.

Capítulo 2: Água, Ligações Fracas e Ordem Fora do Caos



Bioquímica e a Unidade da Vida 3

3

1.1 Os Sistemas Vivos Necessitam de um Número Limitado de Átomos e de Moléculas

1.2 Há Quatro Classes Importantes de Biomoléculas

1.3 O Dogma Central Descreve os Princípios Básicos da Transferência de Informação Biológica

1.4 Membranas Defi nem a Célula e Executam Funções Celulares

Capítulo 1

Bioquímica e a Unidade da Vida

Um objetivo importante da Bioquímica, um que foi conhecido com sucesso surpreendente, é entender o que signifi ca estar vivo a um nível molecular.

Outro objetivo é estender essa compreensão ao nível do organismo — isto é, entender o efeito que as manipulações moleculares têm na vida que o organismo leva. Por exemplo, o entendimento de como o hormônio insulina trabalha ao nível molecular esclarece como o organismo controla os níveis de substâncias energéti-cas que estão em seu sangue. Com frequência, tais entendimentos facilitam uma compreensão das doenças — em relação à insulina, o diabetes — que por sua vez pode ser uma fonte de discernimento de como a doença pode ser tratada.

A Bioquímica foi uma área ativa de pesquisa por mais de um século. Obteve-se muito entendimento sobre como uma gama de organismos manipula a energia e a informação. Contudo, um dos resultados mais excitantes da pesquisa bioquímica foi a compreensão de que todos os organismos têm bioquimicamente muito em comum. Os organismos são extraordinariamente uniformes ao nível molecular. Esta observação é com frequência referida como a unidade da Bioquímica, mas, na realidade, ela ilustra a unidade da vida. O bioquímico francês Jacques Monod condensou esta ideia em 1954 com a frase “Algo encontrado pode ser verdade em

Apesar das grandes diferenças de massa — o elefante africano tem uma massa de 3 � 1018 vezes maior do que a bactéria E. coli — e da complexidade, os funcionamentos bioquímicos desses dois organismos são bastante seme-lhantes. [E. coli: Eye of Science/Photo Researchers. Elephant: Imagebroker/Alamy.]



Capítulo 14

E. coli [a bactéria], mas também pode ser verdade em elefantes”. Esta uniformi-dade revela que todos os organismos da Terra surgiram de um ancestral comum. Um cerne de processos bioquímicos essenciais, comum a todos os organismos, apareceu precocemente na evolução da vida. A diversidade da vida no mundo moderno foi gerada por processos evolutivos que atuam nesses processos do cerne através de milhões ou mesmo bilhões de anos.

Começamos nosso estudo da Bioquímica por considerar os pontos em comum. Examinaremos as moléculas e os constituintes moleculares que são utilizados por todas as formas de vida e então consideraremos as regras que governam como se acessa a informação bioquímica e como se passa de uma geração para as seguin-tes. Finalmente, enveredaremos por uma visão global da unidade fundamental da vida — a célula. Isto é apenas o começo. Todas as moléculas e estruturas que veremos neste capítulo encontraremos repetidamente quando explorarmos a base química da vida.

1.1 Os Sistemas Vivos Necessitam de um Número Limitado de Átomos e de Moléculas

Foram identifi cados noventa elementos de ocorrência natural, embora somente três — oxigênio, hidrogênio e carbono — constituam 98% de átomos em um organismo. Além disso, a abundância desses três elementos na vida é amplamente diferente de sua abundância na crosta terrestre (Quadro 1.1). O que pode ser responsável pela disparidade entre o que é disponível e de que os organismos são feitos?

Uma das razões de que o oxigênio e o hidrogênio sejam tão comuns é a oni-presença da água ou a “matriz da vida”, como chamava o bioquímico Albert Szent-Györgi. Esta molécula muito pequena — que consiste em somente três átomos — torna possível a vida na Terra. De fato, a crença atual é que toda vida necessita de água, daí o porquê de tão grandes esforços serem feitos em décadas recentes para determinar se Marte teve água no passado ou se ainda a tem. A importância da água para a vida é tão importante que sua presença é a mesma

Quadro 1.1 Composições químicas como percentagens do número total de átomos

Composição em

Elemento Humanos (%) Água do mar (%) Crosta terrestre (%)

Hidrogênio 63 66 0,22Oxigênio 25,5 33 47Carbono 9,5 0,0014 0,19Nitrogênio 1,4 <0,1 <0,1Cálcio 0,31 0,006 3,5Fósforo 0,22 <0,1 <0,1Cloreto 0,03 0,33 <0,1Potássio 0,06 0,006 2,5Enxofre 0,05 0,017 <0,1Sódio 0,03 0,28 2,5Magnésio 0,01 0,003 2,2Silício <0,1 <0,1 28Alumínio <0,1 <0,1 7,9Ferro <0,1 <0,1 4,5Titânio <0,1 <0,1 0,46Todos os outros <0,1 <0,1 <0,1

Nota: Devido ao arredondamento, as percentagens totais não são iguais a 100%.Fonte: De acordo com E. Frieden, The chemical elements of life, Sci. Am. 227(1), 1972, p. 54.




RNA, uma molécula monofilamentar, é uma forma descartável de ácido nucleico. DNA é copiado como moléculas de RNA para a utilização das células. Uma utilização proeminente de RNA é como um molde para a síntese de proteí-nas. Diferente do DNA, RNA é com frequência degradado após sua utilização. RNA é semelhante em composição ao DNA com duas exceções: a base timina (T) é substituída pela base uracila (U), e a ose dos ribonucleotídeos contém um grupamento hidroxila (—OH) adicional (Figura 1.5).

Lipídeos São uma Forma de Armazenamento de Energia e Servem Como uma Barreira

Entre as biomoléculas importantes, os lipídeos são muito menores do que as proteínas e os ácidos nucleicos. Enquanto as proteínas e os ácidos nucleicos podem ter pesos moleculares de milhares a milhões, um lipídeo típico tem um peso molecular de 1.300. As características importantes dos lipídeos são sua na-tureza química dupla: parte da molécula é hidrófi la, o que signifi ca que se pode dissolver em água, enquanto a outra parte, constituída de uma ou mais cadeias hidrocarbonadas, é hidrófoba e não se pode dissolver em água (Figura 1.6).

N

N

H

H

O

O

H

H

Uracila

Ribose

OC

HH

HO

H

OH

H

OHHO

HH

Figura 1.5 As características diferentes do RNA. A ose no RNA é a ribose, e a base uracila substitui a base timina do DNA.

Cauda hidrófobaCabeça hidrófila

Modelo de preenchimento de espaço (compacto) Representação de forma abreviada

(A) (B)

Figura 1.6 As propriedades duplas dos lipídeos. (A) Uma parte da molécula lipídica é hidrófi la; a outra, hidrófoba. (B) Em água, os lipídeos podem formar uma bicamada que constitui uma barreira que separa os dois compartimentos aquosos.

QUESTÃO RÁPIDA 1 Nomeie as quatro classes de biomoléculas e

indique uma função importante para cada uma delas.

O OH

H

CH2OH

H

OH

OH

H

H

HO

H

Glicose

G

Figura 1.7 A estrutura do glicogênio. Glicogênio é um polímero composto por glicoses. A proteína identifi cada com a letra G ao centro da molécula de glicogênio é necessária para a síntese do glicogênio (Cap. 24).

Esta natureza dupla permite aos lipídeos formarem barreiras que delineiam a célula e os compartimentos celulares. Os lipídeos permitem o desenvolvimento de “dentro” e “fora” ao nível bioquímico. As cadeias hidrocarbonadas não podem interagir com a água e, ao contrário, interagem com as de outros lipídeos para formar uma barreira ou membrana, enquanto os componentes hidrossolúveis interagem com o ambiente aquoso em um lado da membrana. Os lipídeos também são for-mas importantes de armazenamento de energia. Como veremos, o componente hidrófobo dos lipídeos pode sofrer combustão para fornecer grandes quantidades de energia celular. Lipídeos são também moléculas sinalizadoras importantes.

Glicídeos São Energéticos e Moléculas de Informação

A maioria de nós não necessita de um curso de Bioquímica para saber que os glicídeos são uma importante fonte energética para a maior parte dos seres vivos. A substância energética (combustível) glicídica mais comum é a glicose. Esta é armazenada em animais como glicogênio, que consiste em muitas moléculas de glicose unidas ponta a ponta e que têm ramifi cações aleatórias (Figura 1.7). Em vegetais, a forma de armazenamento de glicose é o amido, semelhante ao glico-gênio em composição molecular.

Há milhares de glicídeos diferentes. Eles podem estar unidos em cadeias e estas são muito ramifi cadas, muito mais do que no glicogênio e no amido. Tais cadeias de glicídeos desempenham papéis importantes em auxiliar as células a se reconhecerem. Muitos dos componentes do exterior da célula são revestidos com vários glicídeos que podem ser reconhecidos por outras células e funcionam como locais de interações entre elas.



Capítulo 110

O núcleo. A maior organela é o núcleo, que é delimitada por dupla membrana (Figura 1.13). A membrana nuclear é inter-rompida com poros que permitem o transporte para dentro e para fora do núcleo. Tal transporte é muito importante, pois o núcleo é o centro de informação da célula. O núcleo é o local do genoma do organismo. Contudo, o núcleo é mais do que uma caixa forte de armazenamento. É onde a informação genômica é expressa de modo seletivo em tempo e em quan-tidade apropriados.

A membrana plasmática (melhor seria, membrana citoplasmá-tica). A membrana citoplasmática separa o interior do exterior da célula, uma célula da outra. Todas as células, eucarióticas ou procarióticas, são delimitadas por uma membrana citoplasmá-tica. Esta membrana é impermeável à maioria das substâncias,

(A) Célula procariótica (B) Célula eucariótica

Núcleo

Membrana citoplasmática

Vesículas de Golgi

Lisossomo

Vesícula secretora

Mitocôndria

Espaço periplasmático e parede celular

Membrana externa Membrana interna Nucleoide0,5 �m

1 �m

Núcleo

Vesículas de Golgi

Lisossomo

Mitocôndria

Retículo endoplasmático

Retículo endoplasmático granular

Membrana citoplasmática (interna)

Parede celular

Espaço periplasmático

Membrana externa

Cromossomo(localizado no nucleoide)

Figura 1.12 Células procarióticas e eucarióticas. As células eucarióticas exibem estrutura mais interna do que as procarióticas. Os componentes dentro de uma célula eucariótica, de modo mais notável o núcleo, são limitados por membranas. [Micrografi as: (A) Cortesia de I. D. J. Burdett e R. G. E. Murray; (B) a partir de P. C. Cross e K. L. Mercer Cell and Tissue Ultrastructure: A Functional Perspective (W. H. Freeman and Company, 1993), p. 199.] [Diagramas: (A e B) De acordo com H. Lodish et al., Molecular Cell Biology, 6a edição (W. H. Freeman and Company, 2008), p. 3.]

Figura 1.13 O núcleo. [Don W. Fawcett/Photo Researchers.]



Capítulo 114

O endossomo. O material é captado pela célula quando a membrana citoplasmá-tica se invagina e brota, para formar um endossomo. Este processo é chamado de endocitose, que é oposto à exocitose. A endocitose se utiliza para captar biomo-léculas importantes, como os iontes ferro, vitamina B12 e colesterol. Ela ocorre através de pequenas regiões da membrana, tal como quando uma proteína de membrana é captada para dentro da célula (Figura 1.21). Por outro lado, quando grandes quantidades de material são captadas pela célula, o processo é denomi-nado fagocitose. A Figura 1.22 mostra uma célula do sistema imune chamada de macrófago, fagocitando uma bactéria. Qual o destino das vesículas formadas por endocitose ou por fagocitose?

Lisossomos. O lisossomo é uma organela que contém uma ampla coleção de enzimas digestivas. Os lisossomos surgem de modo análogo à formação de vesículas secretoras, mas eles fundem-se com os endossomos em vez da membrana celular. Após ocorrer a fusão, as enzimas lisossomais digerem o material, liberando pequenas moléculas que podem ser utilizadas como blocos de construção ou combustível pela célula. Os macrófagos fagocitam as bactérias como um meio de proteger de infecção um organismo. Contudo, os lisosso-mos não apenas degradam material extracelular. Outro papel é a digestão de organelas intracelulares danifi cadas. A Figura 1.23 mostra uma mitocôndria sofrendo digestão dentro de um lisossomo.

Vacúolos vegetais. Outra organela exclusiva de células vegetais, além dos cloro-plastos, é um grande vacúolo. Em algumas células vegetais, a organela delimi-tada por uma única membrana pode ocupar até 80% do volume de uma célula (veja Figura 1.15). Estes vacúolos armazenam água, iontes e vários nutrientes. Por exemplo, os vacúolos das frutas cítricas são ricos em ácido cítrico, que é o responsável pelo sabor ácido dessas frutas. Proteínas transportam as moléculas através da membrana vacuolar.

Aspecto ClínicoDefeitos na Função das Organelas Podem Levar à Doença

Muitas doenças surgem devido a mau funcionamento em várias organelas. Por exemplo, a hipercolesterolemia familiar, uma doença na qual crianças de até 6 anos morrem de ataques cardíacos, é causada pela endocitose inefi ciente do coles-terol sanguíneo. Os altos níveis resultantes de colesterol no sangue resultam em ataques cardíacos. A doença de Tay-Sachs, caracterizada por fraqueza muscular, demência e morte em idade precoce, geralmente antes dos 3 anos, resulta de função inadequada dos lisossomos. Visitaremos de novo esses distúrbios e examinaremos muitos outros, quando progredirmos em nosso estudo da Bioquímica.

A organização celular é testemunha do alto conteúdo de informação da cé-lula. Mas esta visão geral resumida tocou apenas no plano do processamento da informação que deve continuar a construir algo tão sofi sticado como a célula. No restante deste livro-texto, examinaremos a energia bioquímica e as vias de informação que constroem e mantêm os sistemas vivos.

Citoplasma

Tempo

Membrana celular

Material extracelular

Figura 1.22 Fagocitose. Bactérias (indicadas por setas) são fagocitadas por um macrófago. [Cortesia do Dr. Stanley Falkow.]

Figura 1.21 Endocitose.

1 µm

M

Figura 1.23 Um lisossomo. Uma micrografi a de um lisossomo digerindo uma mitocôndria (M) e outros materiais celulares. [Cortesia de D. Friend.]

QUESTÃO RÁPIDA 2 Nomeie três organelas ou estruturas encontradas

em células vegetais, mas não em células animais.




RESUMO1.1 Os Sistemas Vivos Necessitam de um Número Limitado de Átomos e de

MoléculasOxigênio, hidrogênio e carbono constituem 98% dos átomos em organismos vivos. Hidrogênio e oxigênio são prevalentes devido à abundância de água, e o carbono é o átomo mais comum em todas as biomoléculas.

1.2 Há Quatro Classes Importantes de BiomoléculasProteínas, ácidos nucleicos, lipídeos e glicídeos constituem as quatro clas-ses importantes de biomoléculas. Proteínas são as mais versáteis com um papel especialmente proeminente como enzimas. Ácidos nucleicos são principalmente moléculas de informação: DNA é a informação genética na maioria dos organismos, enquanto o RNA pode ser considerado uma forma descartável de informação molecular. Lipídeos servem como combustíveis e como membranas. Glicídeos são moléculas energéticas que também de-sempenham um papel na interação entre as células.

1.3 O Dogma Central Descreve os Princípios Básicos da Transferência de Informação BiológicaO dogma central da Biologia afi rma que o DNA é replicado para formar novas moléculas de DNA. DNA também pode ser para formar RNA, uma forma mais transitória de informação de ácido nucleico. Alguma informação na forma de RNA pode ser traduzida em proteínas

1.4 Membranas Limitam a Célula e Executam Funções CelularesMembranas, formadas de bicamada lipídica, são muito importantes para estabelecer limites: entre as células e seu ambiente e dentro de regiões internas de muitas delas. Há dois tipos estruturalmente distintos de células: eucarió-ticas e procarióticas. As células eucarióticas caracterizam-se por um arranjo complexo de compartimentos intracelulares delimitados por membranas chamado de organelas. O núcleo é a maior organela e hospeda a informação genética da célula. Outras organelas desempenham papéis na transformação de energia, no processamento e secreção de proteínas, e na digestão. Ao con-trário, as células procarióticas são menores e menos complexas.

Termos Principais

ácido desoxirribonucleico (DNA)ácido ribonucleico (RNA)ácidos nucleicoscitoesqueletocitoplasmacloroplastoscomplexo de Golgidogma centralendocitoseendossomos

eucariontesexocitosefagocitoseglicídeosglicogêniogrânulos secretores (de zimogênios)lipídeoslisossomosmembrana citoplasmáticamitocôndrias

núcleonucleotídeosprocariontesproteínasreplicaçãoretículo endoplasmático (RE)traduçãotranscriçãounidade da Bioquímica

Respostas das QUESTÕES RÁPIDAS

1. Proteínas: catalisadores. Ácidos nucleicos: transferência de informação. Lipídeos: combustível e estrutura. Glicídeos: combustível e comunicação entre as células.

2. Cloroplastos, vacúolos e parede celular.



Capítulo 116

5. Complexo e tão menos. Diferencie células eucarióticas de procarióticas.

6. Um órgão diminuto. O que é uma organela?

7. Uma estratégia de saída. Represente a via de formação de uma proteína secretora de seu gene até a sua exocitose da célula.

Problemas

1. Similar, mas não o mesmo. Quais são as diferenças estru-turais entre DNA e RNA?

2. Polímeros. Diferencie proteínas e glicogênio em relação às suas estruturas poliméricas.

3. Uma crença impositiva. Qual é o dogma central da bio-logia?

4. Processando a informação. Defi na replicação, transcrição e tradução em relação ao dogma central.



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