As vias para a síntese de aminoácidos essenciais foram deduzidas de estudos bioquímicos e genéticos daqueles organismos capazes de sintetizá-los



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INTRODUÇÃO.
As vias para a síntese de aminoácidos essenciais foram deduzidas de estudos bioquímicos e genéticos daqueles organismos capazes de sintetizá-los. As vias que levam à síntese dos aminoácidos essenciais são geralmente longas (5 a 15 etapas) e mais complexas do que aquelas que levam aos aminoácidos não essenciais, a maioria dos quais possuem menos de 5 etapas.

Os animais superiores são incapazes de sintetizar vários aminoácidos essenciais por falta de uma ou duas enzimas nas suas vias. A mais complexa das vias de aminoácidos essenciais são aquelas que levam à fenilalanina, ao triptofano e à histidina, que possuem benzeno ou anéis heterocíclicos. A síntese destes anéis condensados do triptofano, requer etapas numerosas e complexas, catalisadas por enzimas.

A maneira mais simples pela qual a síntese de aminoácidos é controlada é através de inibição alostérica da primeira reação biossintetizante, pelo seu produto final. A primeira reação da seqüência, que usualmente é irreversível, é catalisada por uma enzima alostérica. Um outro mecanismo para a regulação da biossíntese dos aminoácidos é através do controle da concentração das enzimas biossintetizantes. Quando as células não necessitam de um certo aminoácido porque ele já está disponível em altas concentrações, as enzimas requeridas na sua síntese estão presentes em níveis muito baixos. Entretanto, se a concentração destes aminoácidos cai a níveis menores do que os adequados, as células começam a sintetizar mais as enzimas necessárias para a síntese de aminoácidos. Este tipo de regulação é exercida por alteração nas atividades dos genes que codificam estas enzimas. Toda vez que o produto de uma via biossintetizante for disponível em grandes concentrações, os genes que codificam estas enzimas são inativados ou reprimidos.

A ferroprofina ou grupo heme da hemoglobina liberada das células vermelhas , é degradada produzindo o ferro (três mais) livre, e no fim a bilirrubina, um derivado tetrapirrólico linear ou aberto. A bilirrubina torna-se ligada à albumina sérica do sangue, sendo transportada ao fígado onde é transformada num derivado hidrossolúvel excretado na bile. A bilirrubina é o pigmento responsável pela cor amarela da pele e da conjuntiva da icterícia, que resulta de uma função hepática lesada.

A determinação da concentração da bilirrubina no sangue é útil no seu diagnóstico e no de outras doenças hepáticas.

Uma outra fonte de energia biológica importante se resume em transforma energia química em energia luminosa, este processo é denominado fotossíntese.

Os organismos fotossintetizantes e heterotróficos vivem num estado de equilíbrio dinâmico, balanceado em nossa biosfera.

As plantas fotossintetizantes captam a energia solar na forma de ATP e NADPH, que elas usam como fontes de energia para sintetizar os carboidratos e outros componentes orgânicos celulares a partir do dióxido de carbono e água, simultaneamente, elas liberam oxigênio na atmosfera. Os heterotróficos aeróbicos, por outro lado, usam o oxigênio formado para a degradar os produtos orgânicos ricos de energia da fotossíntese em CO2 e H2O, a fim de gerar ATP para as suas próprias atividades. O dióxido de carbono formado pela respiração nos heterotróficos retorna à atmosfera para ser usado novamente pelos organismos fotossintetizantes. A energia solar desta forma fornece a força motora para o ciclo contínuo de dióxido de carbono e oxigênio atmosféricos na nossa biosfera.

Quantidades enormes de energia são armazenadas como produtos da fotossíntese. Cada ano, pelo menos 10 (elevado a 17) Kcal de energia livre são gerados pelo mundo vegetal às expensas da energia solar. Isto é 10 vezes maior que toda a energia combustível fóssil usada por ano pela humanidade. Mesmos os combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural) são produtos da fotossíntese que se realizou há milhões de anos atrás. Por causa da nossa dependência global de energia solar, passada e presente, tanto para energia como para a alimentação, o mecanismo da fotossíntese propõe os problemas bioquímicos mais fundamentais.

Um processo metabólico muito ativo nos animais é a biossíntese de triacilgliceróis, eles têm capacidade de armazenar este composto em grandes quantidades. Já os seres humanos armazenam apenas centenas de gramas de glicogênio no fígado e nos músculos, para suprir as necessidades energéticas do organismo por cerca de 12 horas. Diversamente, a quantidade total de triacilgliceróis armazenadas em um adulto de 70 Kg, de constituição média, é cerca de 12 Kg, suficiente para suprir as necessidades energéticas basais por até oito semanas. Todo o carboidrato consumido em excesso à capacidade de armazenamento do glicogênio é convertido em triacilgliceróis, que podem ser armazenados em grandes quantidades nas células adiposas em diferentes partes do organismo, especialmente debaixo da pele e na cavidade abdominal.

As plantas também sintetizam triacilgliceróis como forma de armazenamento de combustível rico em energia, especialmente nas frutas, nozes e sementes.

Os lipídeos polares das membranas, como os vários fosfolipídeos e esfingolipídeos, que são armazenados, são também constantemente sintetizados pelos animais como membranas, que sofrem degradação metabólica contínua.

Os ácidos graxos também transferem aos triacilgliceróis e fosfolipídeos o seu caráter hidrofóbico.
METABOLISMO DO GLICOGÊNIO.
O glicogênio, é uma reserva energética facilmente mobilizada, é um polímero ramificado de radicais de glicose. A maioria das unidades de glicose no glicogênio é unida por ligações glicosídicas  1,4. O glicogênio está presente em grandes quantidades nos músculos e no fígado, onde é armazenado no citoplasma na forma de grânulos hidratados.

A maior parte da molécula de glicogênio é degradada a glicose 1-fosfato pela ação da fosforilase. A ligação glicosídica entre o C1 de uma ose terminal e o C4 da adjacente é rompida por ortofosfato, dando glicose 1-fosfato, que pode ser reversivelmente convertida a glicose 6-fosfato. O piridoxal fosfato, um derivado da vitamina B6, participa da clivagem fosforolítica do glicogênio. Os pontos de ramificação são degradados pela ação conjugada de um oligo-hosídio transferase e uma -1,6-glicosidase. Esta última(enzima disramificadora) catalisa a hidrólise de ligações 1,6, o que produz glicose.

O glicogênio é sintetizado por uma via diferente. UDP-glicose(uridina di fosfato), o intermediário ativado na síntese do glicogênio, forma-se a partir da glicose 1-fosfato e UTP. O glicogênio sintetase catalisa a transferência de glicose de UDP-glicose para a hidroxila C4 de uma ose terminal na cadeia de glicogênio em crescimento. A síntese é iniciada pela glicogenina, uma proteína anti-glicosilante, que contém uma unidade oligo-holisídica covalente, unida a uma tirosina específica.

A glicogênio sintetase só é ativada quando associada com a glicogenina, que serve para limitar o tamanho dos grânulos de glicogênio. Uma enzima ramificada converte algumas das ligações 1,4, a ligações -1,6, aumentando o número de extremidades, de modo que o glicogênio possa a ser degradado e sintetizado mais rapidamente.


A fosforilase, uma enzima dimérica é regulada por efetores alostéricos e modificações covalentes reversíveis. A fosforilase “b” no músculo, pode também ser ativada pela ligação do AMP, um efeito antagonizado pelo ATP e glicose 6-fosfato. A forma “a” no fígado é inibida pela glicose. Os locais de ligações do AMP e os locais de fosforilação estão localizados na interface das subunidades. Alterações conformacionais induzidas pelas ligações do AMP e pela fosforilação, são transmitidas a distâncias maiores do que a 30Å para os centros catalíticos e outros locais de ligações. No músculo, a fosforilase é ativada a fim de gerar ose para uso interno das células como fonte energética para atividades musculares. Ao contrário, a fosforilase hepática é ativada para liberar glicose, que é exportada a outros órgãos como músculos esqueléticos e cérebro.
A síntese e degradação do glicogênio são coordenados do por uma cascata de reações amplificadoras. O glicogênio sintetase é inativo quando a fosforilase é ativa, e vice-versa. Epinifrina e glucagon estimulam a degradação do glicogênio e inibem sua síntese por aumentarem o nível intracelular de AMP cíclico, que ativa uma proteína cinase A(PKA). A fosforilase cinase torna-se mais ativa, enquanto o glicogênio sintetase torna-se menos ativa quando fosforilada pela PKA. Níveis citossólicos elevados de cálcio ativam diretamente a fosforilase cinase, que contém calmodulina como uma de suas subunidades. Portanto, a concentração muscular e os hormônios mobilizadores de cálcio promovem a degradação do glicogênio.

As ações mobilizadoras de glicogênio PKA são revertidas pela proteína fosfatose 1, que é regulada por vários hormônio. A epinefrina (adrenalina) inibe essa fosfatose por bloquear sua ligação aos grânulos de glicogênios e por ativar um inibidor; ambos os efeitos são feitos por fosforilação catalisada pelo PKA. Ao contrário, a insulina ativa a fosforilase por disparar uma cascata que fosforila a subunidade destinada ao glicogênio dessa enzima. Portanto, a síntese do glicogênio é diminuída pela epinefrina e aumentada pela insulina(hipoglicemiante). A glicogênio sintetase e a glicogênio fosforilase são também reguladas por interações alostéricas não covalentes. De fato, a fosforilase é uma peça importante do sistema sensor de glicose das células hepáticas. O metabolismo de glicogênio exemplifica o poder de precisão da fosforilação reversível na regulação de processos biológicos.


METABOLISMO DE ÁCIDOS GRAXOS.
Os ácidos graxos são fisiologicamente importantes como:

- componentes de fosfolipídeos e glicolipídeos;

- modificadores lipólifos de proteínas;

- moléculas fornecedoras de energia;

- hormônios e mensageiros intracelulares.

Estes compostos são armazenados no tecido adiposo como trigicerídeos(gorduras neutras), que podem ser mobilizadas pela ação hidrolítica de lipases sob o controle hormonal. Os ácidos graxos são ativadores da acetil coenzima A, que são transportadas através da membrana mitocondrial interna, e pela carnitina, e degradadas na matriz mitocondrial por uma seqüência repetida de quatro reações:



  1. Oxidação ligada ao FAD;

  2. Hidratação;

  3. Oxidação ligada a NAD+;

  4. Tiólise por coenzima A

O FADH2 e o NADH formados nas etapas de oxidação transferem seus elétrons ao O2 por meio da cadeia respiratória, quando a acetil CoA formada na etapa de tiólise entra normalmente no ciclo de ácido nítrico por condensação com oxaloacetato. Quando a concentração deste composto é insuficiente, a acetil CoA dá origem a acetoacetato e 3-hidroxibutírato, que são moléculas energéticas normais. No jejum em diabéticos, formam-se grandes quantidades de acetoacetato, 3-hidroxibutírato e acetona(conhecidos juntos como “corpos cetônicos”) no fígado, acumulando-se no sangue. Os mamíferos são incapazes de transformar ácidos graxos em glicose, porquê não tem a via para a produção global de oxaloacetato, piruvato, ou outros intermediários de glicogênese a partir de acetil Co A.

Os ácidos graxos são sintetizados no citosol por uma via diferente da de -oxidação. Um ciclo de reações, baseado em formação e clivagem de citrato, transporta as células de mitocôndrias para o citosol.

O NADPH necessário para a síntese é gerado pela via das pentoses-fosfato e na transferência de equivalentes reduzidos da mitocôndria pela lançadeiras malato-piruvato. A síntese começa com a carboxilação de acetil-CoA a malonil-CoA, a etapa limitante. Essa reação impulsionada pelo ATP é catalisada pela acetil-CoA carboxilase, uma enzima com biotina. Os intermediários nessa síntese de ácidos graxos são ligados a uma proteína carregadora de acilas(ACP-acyl carrier protein), especificamente à sulfidrila terminal em seu grupamento prostético de fosfopanteteína. Forma-se acetil-ACP de acetil-CoA e malonil-ACP de malonil-CoA condensam-se, formando acetoacetil-ACP, uma reação impulsionada pela liberação de CO2 da unidade malonila ativada. Isso é seguido de uma redução, uma desidratação e uma segunda redução. O NADPH é o redutor nessas etapas. À butiril-ACP formada desse modo esta pronta para uma segunda volta de alongamento, que começa com a adição de uma unidade de 2 carbonos vinda da malonil-ACP. Sete voltas de alongamento produzem palmitil-ACP, que é hidrolisada a palmitato. A síntese de palmitato requer 8 moléculas de acetil-CoA , 14 de NADPH e 7 de ATP; 7 HCO3 exercem um papel catalítico. Em organismos superiores, as enzimas que fazem a síntese de ácidos graxos são ligadas por covalência em um complexo enzimático multifuncional. A unidade flexível de fosfopanteína da ACP leva o substrato de um centro ativo para outro nesse complexo.

A síntese e a degradação dos ácidos graxos são reguladas de maneira recíproca, de modo que ambas não estejam simultaneamente ativas. A acetil-CoA carboxilase, o local principal de controle, é estimulada pela insulina e inibida pelo glucagon e adrenalina. Esses efeitos hormonais são feitos por alterações nas quantidades das formas ativas(desfosforilada) e inativa(fosforilada) da carboxilase. O citrato, que sinaliza uma abundância em blocos de construção e energia, estimula alostericamente a carboxilase. O glucagon e a adrenalina estimulam a degradação dos triacilgliceróis por ativarem a lipase. A insulina, ao contrário inibe a lipólise. Em épocas de saciedade, as acetil-CoA de ácidos graxos não penetram na matriz mitocondrial, porquê a malonil CoA inibe a carnitina acetil-transferase I.

Os ácidos graxos são alongados e dessaturados por sistemas enzimáticos na membrana do retículo endoplasmático. A dessaturação requer NADH e O2 e é feita por um complexo constituído de uma flavoproteína, um citocromo e uma ferroproteína não héminica. Os mamíferos não tem enzimas para introduzir duplas ligações além do C9 e, portanto, precisam de linoleato e linolenato em suas dietas.

O araquidonato, um importante precursor das prostaglandinas e outras moléculas sinalizadoras, é derivado do linoleato. Este ácido graxo polinsaturado é o precursor de diversas classes de moléculas sinalizadoras(prostaglandinas, prostaciclinas, tromboxanos e leucotrienos), que atuam como mensageiros e hormônio locais por causa de sua brevidade. Eles são chamados de icosanóides, pois contém 20 átomos de carbono.

A prostaglandina sintetase, a enzima que catalisa a primeira etapa da síntese de todos os icosanóides, exceto leucotrienos, é constituída de um ciclo-oxigenase e de uma hidrixoperoxidase. A aspirina(acetil-salicilato), uma droga anti-inflamatória e anti-trombótica, bloqueia, de modo irreversível a síntese desse icosanóides por acetilar uma serina na ciclo-oxigenase da síntese.
FOTOSSÍNTESE.
A fotossíntese em vegetais verdes é feita por dois fotossistemas localizados nas membranas tilocóides dos cloroplastos. A iluminação leva à geração de um gradiente de prótons transmembrana para a criação de ATP e à criação de um poder redutor para a produção de NADPH. A luz absorvida por moléculas de clorofila no complexo de captação de luz do fotossistema é encaminhada para o centro de reação do P680, um par especial de clorofilas localizado na interface de duas subunidades semelhantes que forman o núcleo do centro de reação. Sem elétron é transferido do P680 excitado para a feofitina e, daí, para plastoquinonas ligadas a Qa e Qb, formando plastoquinona reduzida da (QH2). O centro de reação recupera elétrons da água pela ação de uma proteína que contém manganês, o que causa o desprendimento de O2. Assim, a reação global catalisada pelo fotossistema é a transferência de elétrons, induzida pela luz da água para a plastoquinona. Sem gradiente de prótons transmembrana é concomitantemente gerado, o centro de reação fotossintética de uma bactéria púrpura, que é homólogo ao fotossistema de vegetais, foi visualizada por resolução atômica. O evento crítico em todos os centros de reação de fotossíntese é a transferência induzida pela luz de um elétrons para um aceptor contra um gradiente de potencial eletroquímico.

Elétrons do fotossistema II fluem para o fotossistema I, através do complexo de citocromo “bf”. Esse complexo transmembrânico bombeia prótons para dentro do espaço tilocóide quando os elétrons são transferidos de QH2 para a plastocianina, uma proteína hidrossolúvel. O fotossistema I participa na transferência movida à luz de elétrons da plastocianina para P700 e, daí, para ferrodoxina, um redutor poderoso. A ferrodoxina: NADP+ redutase, uma flavoproteína localizada no lado do estroma da membrana catalisa então a formação de NADPH. Deste modo, a interação dos fotossistemas I e II leva à transferência de elétrons da água (H2O) para o NADPH e à concomitante geração de um gradiente de prótons para a síntese de ATP.

Como alternativa, os elétrons da feredoxina podem fluir de volta para o fotossistema I pelo complexo citocromo “bf”; esse modo de ação do fotossistema I chamado de fosforilação cíclica, leva a geração de um gradiente de prótons, sem a formação de NADPH. O ATP sintetase de cloroplastos (também chamada CF0 - CF1) assemelha-se muitos à ATP sintetase de bactérias e de mitocôndrias (F0 - F1). A síntese de ATP é impulsionada pelo fluxo de prótons do espaço tilocóide, através do canal transmembrana de CF0 para CF1 no lado do estroma da membrana.

O ATP e o NADPH formados à luz da fotossíntese são usados para converter CO2 em hexoses e outros compostos orgânicos. A fase “no escuro” da fotssíntese, chamada de ciclo de Calvin, começa com a reação do CO2 com ribulose 1,5-bifosfato para formar duas moléculas de 3-fosfoglicerato a frutose 6-fosfato e glicose 6-fosfato são semelhantes a gliceralgêneses, exceto quanto ao fato da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase em cloroplasto ser específica para o NADPH e não para NADH. A ribulose 1,5-bisfosfato é regenerada da frutose 6 - fosfato, gliceraldeído - 3 - fosfato e dihidroxiacetona fosfato por uma série complexa de reações. Diversas etapas nessa regeneração da ribulose 1,5-bifosfato são semelhantes às da via pentose-fosfato. A tiorredoxina formada pela transferência de elétrons da ferrodoxina ativa enzimas do ciclo de Calvin, ao reduzir pontes dissulfetos. O aumento induzido pela luz, de PH e do nível de Mg+ do estroma também é importante ao estímulo da carboxilação da ribulose 1,5-bisfosfato. Três ATP e dois NADPH são consumidos para cada CO2 convertidos em hexoses. Quatro prótons são absorvidos pelo fotossistema I e, outros quatros pelo fotossistema II, para gerar dois NADPH e um gradiente de prótons suficientes para impulsionar a síntese de 3ATP. Amido nos cloroplastos e sacarose no citosol são os principais glicídeos armazenados pelos vegetais.

A ribulose 1,5-bifosfato carboxilase também catalisa reação competitiva deoxigenase, que produz fosfoglicolato e 3-fosfoglicerato. A reciclagem do fosfoglicolato leva à liberação de CO2 e maior consumo de O2, em um processo chamado fotorrespiração. Essa improdutiva reação colateral é tornada mínima em vegetais tropicais, que tem uma via acessória para a concentração de CO2 no local do ciclo de Calvin. Essa via em C4 permite que os vegetais tropicais tirem vantagem dos altos níveis de luz e minimizem a oxidação da ribulose 1,5-bifosfato.

Reação global da fotossíntese:

6CO2 + 30ATP + 12NADPH + 12H2O  C6H12O6 + 30ATP + 30P2 + 12NADPH + 18H+

Mais simplificadamente temos:

12H2O + 6CO2  C6H12O6 + 6H2O + 6O2.

BIOSSÍNTESE DOS AMINOÁCIDOS E DO HEMO

Microorganismos utilizam ATP e ferredoxina reduzida(redutor potente), para reduzir N2 a NH3. Sem aglomerado de ferro e molibdênio na nitrogênase catalisa com eficiência a fixação de NH2, uma molécula bem inerte. Organismos superiores consomem NH4+ para sintetizar aminoácidos, nucleotídeos e outras biomoléculas nitrogenadas. Os principais pontos de entrada de NH4+ no metabolismo são glutamina, glutamato e carbanil fosfato. Os seres humanos podem sintetizar 11 do compostos básicos de 20 aminoácidos. Esses são chamados não essências, em contraste com os essências, que são fornecidos pela alimentação. As vias de síntese dos aminoácidos não essências são bem simples. A glutumato desidrogenase catalisa a aminação redutora da -cetoglutarato. Alanina e aspartato são sintetizados por transaminação, respectivamente, de piruvato e oxaloacetato. A gluttamina é sintetizada a partir de NH4 e glutamato e a asparagina é sintetizada de modo semelhante. Prolina e arginina são derivadas do glutamato. A serina, formada a partir de 3-fosfoglicerato, é precursora da glicina e cisteína. A tirosina é sintetizada por hidroxilação de fenilalanina, um aminoácido essencial.

As vias de biossíntese se aminoácidos são mais complexas. A maioria dessas vias é regulada por retroinibição (feedback), na qual a etapa comprometida sofre inibição alostérica sobre o produto final. O controle retroativo seqüencial, multiplicidade de enzimas, controle retroativo configurado e cumulatório são sistemas regulatórios amplamente usados na metabolismo. A regulação da glutamina sintetase de E. coli fornece uma demonstração marcante de retro-inibição cumulativa e de controle por uma cascata de modificação covalentes reversível.

O tetra-hidrofalato, um transportador de unidades ativadas com carbono, exerce um papel importante no metabolismo de aminoácidos e nucleotídeos. Esta coenzima transporta unidades de 1 carbono em 3 estados de oxidação, que são interconversíveis: mais reduzido-metila; intermediário-metileno; mais oxidado-formila, forminino e metila. O principal doador de metilas ativadas é a S-adenosil meticoninas, que é sintetizada pela transferência de uma adenosila do ATP para o átomo de metionina. Forma se S-adenosil homocisteína quando a metila ativada é transferida para um aceptor. Ela é hidrolisada à adenosina e homocisteína, que é então metilada a metionina para completar o ciclo de metila ativada. A S-adenosil metionina também serve como doador de propilamina na síntese de poliaminas e como percursor de etileno, um hormônio vegetal que induz o amadurecimento.

Os aminoácidos são precursores de várias biomoléculas. O glutatião (-glu-cis-gli) serve como tampão de sulfidras e como agente em destoxidação. A glutatião peroxidase, uma seleno-enzima, catalisa a redução de peróxido hidrogênio e de peróxidos orgânicos pelo glutatião. O óxido nítrico (NO), um mensageiro de curta duração, é formado a partir da arginina. As porfirinas são sintetizadas a partir de glicina e suxinil-CoA, que se condensam para dar -aminolevolinato. Duas moléculas desse intermediário se ligam, formando porfolinogênio. Quatro porfobilinogênios se combinam para formar um tetrapirol linear que se ciclisa à uroporfirinogênios 3. Oxidação e modificações de cadeias laterais levam a síntese de protoporfirina IX, que adquiri um átomo de ferro para formar o hemo. A tradução do mRNA para g-minolevulinato sintetase, a enzima que catalisa a etapa comprometida nesta via é inibida pelo hemo. Este grupamento prostético é degradado por uma monoxigenase, um tetrapirrol linear. A redução da biliverdina por NADPH gera bilirubina, um potente destruidor de peróxidos. A bilirubina é tornada solúvel para excreção para a formação do derivado diglucuronídico.

Parte de um artigo publicado na revista Scientific American, julho de 1996, sob o título LUZ SOLAR E O CÂNCER DE PELE, onde os pesquisadores explicam as dificuldades que enfrentam para compreender como as mutações processam-se na cadeia do DNA, alterando completamente a seqüência de aminoácidos, e as conseqüências que causam no metabolismo celular”.



UMA MUTAÇÃO COM ASSINATURA.

A pesquisa estava desanimada. O DNA na célula humana continha mais do que 100.000 genes, e cada gen inclue milhares de nucleotídeo, os construtores dos blocos de DNA, porém somente alguns poderiam conter traços de danos induzidos pelo sol. Ainda que pudéssemos identificar mutações em câncer de pele simples, como poderíamos estar seguros de que o sol os tivesse causado?

Felizmente outras investigações deram pistas úteis para achar que a luz ultravioleta, radiação beta, de longe era a suspeita de ser o fator carcinogênico, tendo uma assinatura característica.

Após estudar tudo sobre vírus nas células humanas, pesquisadores da Suíça, França, Canadae EUA, mostraram que a luz ultravioleta causava mutações em pontos da cadeia do DNA, que continham bases de nucleotídeos específicos.

Bases são partes variáveis dos nucleotídeos, e levam nomes como Adenina(A), Guanina(G), Citosina(C) e Timina(T). A luz ultravioleta cria mutações onde, as bases piramídicas, como a citosina e timina, permanecem ao lado de outra piramidina.

Cerca de 2 terços dessas mutações são substituições de ( C ) por (T) , e cerca de 10% destas mudanças ocorrem em duas ( C ) adjacentes, com ambas bases mudando para duas (T). Estas características de mutações por ultravioleta constitue a impressão digital de tipos , porquê elas não são feitas por outros agentes.

Nós então tivemos a idéia de que tipos de mutações distintas, poderiam ser resultantes de exposição solar. Mas nós necessitaríamos de um exato ponto, o qual, no vasto número de genes humanos que sofreram mutação produzissem um efeito carcinogênico.

Nossa suposição era de que a solução estaria nos genes humanos, já conhecidos, envolvidos com câncer.

Dos oncogenes conhecidos e genes supressores de tumores, nós escolhemos examinar um gene supressor de tumor chamado de p53, o qual é agora conhecido, por estar mutado em mais da metade das pessoas com câncer. Neste ponto, nós suspeitamos que o p53, poderia estar envolvido em muitos casos de câncer de pele, devido a uma intrigante conecção entre um câncer de pele sem melanoma, e uma rara afecção(epidermodisplasia verruciforme) que causava crescimentos de verrugas na pele.

Pesquisas anteriores revelaram que tal crescimento continha DNA do papiloma vírus humano, e que quando cresciam estavam localizados em áreas do corpo que sofriam ação da luz solar. Peter M. Howley e seus colegas no Instituto Nacional do Câncer mostraram que uma das proteínas produzidas pelo papiloma vírus inativava a proteína p53, (genes geram as proteínas, e a proteína p53, como era esperado é produto do gene p53). Então indicações eram de que , o p53 poderia ter um papel importante no câncer de pele, sem melanoma; mas necessitávamos de confirmação.

Para encontrarmos uma prova, estudamos outros tipos de câncer de pele, carcinomas, tumores inquestionavelmente ligados a exposição solar(que ocorre na face, ou nas mãos, especialmente em pessoas brancas, residentes nos trópicos). Em colaboração com Jan Potten do Hospital da Universidade de Uppsala, Suécia, nós descobrimos que mais de 90% das células cancerosas dos carcinomas, de uma coleção de amostras coletadas nos EUA, tinham uma mutação em algum lugar do gene supressor de tumor p53, estas mutações ocorriam em lugares com bases pirimidicas adjacentes, e elas tinham a característica de substituição de( C) por (T), padrão associado a exposição da luz ultravioleta. Nosso grupo de pesquisa, junto com diversos outros, mais tarde apontou a luz do sol associada as mutações do p53, em células basais, nos carcinomas(melanoma não aparece associado com as alterações p53). Pesquisadores ainda estão estudando melanócitos cancerosos para genes afetados pela luz solar. Após examinar amostras em nosso laboratório, Annemarie Ziegler achou que pele pré-cancerosa também possuía p53, indicando que a mudança genética ocorria bem antes do tumor aparecer. Mas estaria esta mutação realmente causando o câncer de pele não melanomatoso, ou ele era apenas um simples indicador de tempo vida da exposição solar?

Nós poderíamos excluir esta última possibilidade pelo modo particular de como o código foi alterado. O nucleotídeo no gene está arrumado em codons bem definidos - grupos de três bases que especificam diferentes aminoácidos. A seqüência de codons em um gen, determina a seqüência de aminoácidos que estão enfileirados juntos para construir uma proteína. Mas diferentes codons podem especificar o mesmo aminoácido, como se o nome do aminoácido pudesse ser soletrado de várias maneiras. Tipicamente um aminoácido não muda, o primeiro par de bases do codon é constante, e o terceiro aminoácido varia. Consequentemente, se a mutação p53, encontrada no câncer de pele for justamente um mero efeito da exposição solar, nós esperaríamos encontrar mudanças na terceira posição, em lugar da primeira ou segunda que na verdade ocorre.

Isto é, existiria uma quantidade de exemplos onde o codon mutado(onde houvesse uma substituição de base), sem alteração do correspondente aminoácido. Ainda, estudos neste gene em câncer de pele, por todo o planeta tem consistentemente revelado mutações que modificam um ou mais aminoácidos na proteína p53. Essas mudanças genéticas para p53, não eram então um simples efeito da exposição a ultravioleta. Elas eram de fato a causa do câncer de pele.

Para melhor entender como o gen p53 era afetado no câncer de pele não melanomatoso, nós investigamos se certos segmentos do gen p53, eram particularmente propensos para a mutação pela luz solar de bases adjacentes pirimidicas(isto é, Cs por Ts). Biólogos encontraram os chamados “pontos quente” de mutação(lugares na cadeia de DNA onde as mutações tendem a ocorrer), a qualquer momento elas expõe as células vivas para carginogênicas. Após analisar muitos tumores, nós determinamos que o gen p53 em câncer de pele não melenomatoso, contém cerca de 9 pontos quentes. Em casos de câncer não relacionados a exposição solar(como câncer de cólon ou de bexiga) 5 codons do p53 são na maioria mutados, três dos quais, estão entre os pontos quentes, no câncer de pele.

Em dois pontos quentes, encontrados somente em, outros tipos de câncer, o mutante(C ) é flanqueado pelo outro lado, pelo ( G) ou (A), jamais por (T) ou por outro ( C). Um par de bases pirimidicas faltantes, eqüivale ao lugar no DNA das células da pele, que estão protegidas da mutação pela luz ultravioleta.

Há centenas de lugares onde o gen p53 atua com bases pirimidicas adjacentes. Por que ter apenas alguns lugares atuando como pontos quentes, quando as células estão expostas a sol? Várias pesquisas têm recentemente ajudado a responder esta questão, pela construção de uma descoberta feita a mais de três décadas atrás em Oak Ridge National Lab, por Richard B. Setlow e Willian L. Carrier, que determinaram que a célula pode reverter os danos causados pelo ultravioleta no DNA, através de um processo enzimático chamado excisão reparadora(amputação reparadora). Onde as células simplesmente cortam a parte danificada , extirpando as bases e repondo-as com bases intactas. Eles mostraram que as células reparam danos vagarosamente em pares de pirimidinas. Na seqüência deste trabalho, outros pesquisadores, encontraram as que células reparadas de p53 em câncer da pele não melanomatoso são mais lentas, têm metabolismo mais vagaroso, do que outros lugares no gene. O que parece mostrar que os pontos quentes nascem da inabilidade da célula em consertar os danos eficientemente.



ESTUDO DIRIGIDO

BIOSSÍNTESE DOS AMINOÁCIDOS E DO HEMO.

1-O que se entende por aminoácidos essenciais e não essenciais nutricionalmente?

R: Os aminoácidos que o homem pode sintetizar são aminoácidos não essenciais, e os que são fornecidos através da dieta são essenciais. Os aminoácidos não essenciais são sintetizados a partir dos intermediários do ciclo do ácido cítrico e outra intermediários metabólicos comuns, por reações simples. Os aminoácidos essenciais são sintetizados por caminhos mais complexos.



2-Como pode ser resumido o metabolismo dos aminoácidos?

R: O metabolismo doa aminoácidos não essenciais, efetuado pelo homem, pode ser feito através do glutamato desidrogenase que catalisa a aminação redutora do -cetoglutarato para glutamato entre outros. Já os aminoácidos essenciais apresentam uma via mais complexa.



3- Como se dá a síntese de alanina a partir do piruvato?

R: Piruvato + glutamato  alanina + -cetoglutarato.



4- Quais as reações envolvidas pelo glutamato desidrogenase e pelo glutamato sintetase?

R: O glutamato é percursor de vários aminoácidos não essenciais. A maioria dos aminoácidos não essenciais derivam de seus -amino, grupos de glutamato. Para ser sintetizado, o glutamato depende do -cetoglutarato e NH4+. Esta aminação redutora é catalisada pelo glutamato desidrogenase, que também pode usar NADH como redutor. A glutamina é sintetizada por glutamato e NH4+ numa reação catalisada por glutamina sintetase



5- Como podem ser sintetizados os seguintes -aminoácidos:

R: a) Aspartato: é sintetizado a partir dos -cetoácidos correspondentes por reações de transaminação nas quais o glutamato é o doador de -amino grupos.

b) Glutamina: é sintetizada a partir do glutamato e NH4+ em reação catalisada pela glutamina sintetase.

c) Aspargina: é sintetizada da mesma forma que a glutamina.

d) Glicina: é derivada da serina por uma complexa reação catalisada pela serina transidrometilase.

e) Serina: é sintetizada a partir do 3-fosfoglicerato, onde a primeira etapa é uma oxidação para 3-fosfohidroxipiruvato; este cetoácido transaminado para 3-fosfoserina, que é então hidrolisada para dar origem a serina.



6- Quais aminoácidos não essenciais que podem ser obtidas de outros também não essenciais?

R: São a alanina, aspargina, glutamina, prolina, serina e glicina.



7- Quais aminoácidos não essenciais que podem ser obtidos de outros essenciais?

R: A tirosina.



8- Quais os aminoácidos essenciais nutricionalmente?

R: São a arginina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, fenilalanina, tronina, triptofano e valina.



9- Como se dá a biossíntese de aminoácidos nutricionalmente essenciais a partir do aspartato?

R: Oxalacetato + glutamato  aspartato + cetoglutarato.

Aspartato + NH4 + ATP  asparagina + ADP + Pi + H

10- Como se dá a biossíntese de aminoácidos nutricionalmente essenciais a partir de intermediário anfibólicos?

R: Os aminoácidos são percursores de uma variedade de biomoléculas. Porfinas são sintetizadas a partir da glicina e sucinil CoA, que se condensam para dar -aminolevulinato. Este intermediário se condensa molécula a molécula para formar porfobilinogênio. Quatro porfobilinogênio combinam-se para formar uma tetrapirrola linear que cicliza para formar uroporfirinogênioIII. Oxidação e modificações da cadeias lateral levam a síntese da protoporfirinaIX que adquire um átomo de ferro para formar hemo. -aminolevulinato sintetase, a enzima que catalisa a etapa comprometida da via , é retro-inibida pelo hemo.



FOTOSSÍNTESE.

1-Qual é a reação de obtenção da glicose a partir de CO2 e H2O?

R: luz


H2O + CO2  (CH2O) + O2.

2- Quais as reações que envolvem a fase clara e escura da fotossíntese?

R: As reações na luz geram NADPH e ATP, enquanto as reações no escuro destas moléculas ricas em energia geram CO2.



3- Explique o aparelho fotossintetizante.

R: Este aparelho recebe o nome de cloroplasto. Eles são constituídos por um sistema de membrana externa e um complexo de sistemas intermembranosas. A membrana interna é pregueada para formar os tilacóides, que contém o pigmento clorofila. Uma pilha destes sacos constitui um granum. Granas diferentes são unidas por regiões na membrana chamadas de lamelas, que permitem uma maior absorção de energia. O estroma é responsável pela fixação de gás carbônico, produzindo carboidratos.



4-Como se dá a absorção de luz pela clorofila e qual é o processo de conversão de energia?

R: A primeira etapa da fotossíntese é a absorção de luz por uma molécula de clorofila. A energia é transferida de uma clorofila para a outra até que alcance uma clorofila com propriedades especiais em um sítio chamado de centro de reação. A luz é convertida em energia útil, a cooperação de duas reações luminosas é necessária para a fotossíntese - fotossistemaI (gerando potencial redutor na forma de NADPH) - fotossistemaII (rompe a água para produzir O2 e gera um redutor).

O ATP é produzido quando elétrons fluem através de uma cadeia de transferência de elétrons que une os dois fotossistemas. O NADPH e o ATP gerados pela luz são então empregados para reduzir CO2 a glícidio por uma série de reações no escuro chamada ciclo de Calvin. A primeira etapa da reação de CO2 com ribulose difosfato para formar duas moléculas de 3-fosfoglicerato. Hexose é formada a partir do 3-fosfoglicerato pela via glicogênica, e ribulose difosfato é regenerada pela ação de transcetolase, aldose e diversas outras enzimas. Em uma volta do ciclo, 3 ATP e 2 NADPH levam o CO2 ao nível de hexose fosfato.

5- Quais as características da fosforilação não cíclica e acíclica?

R: O ATP é gerado no retorno de elétrons para o centro de reações via citocromo b6. Daí este processo ser chamado fosforilação cíclica. Deste modo o ATP é gerado sem a formação concomitante de NADPH. O fotossistemaII não participa na fosforilação cíclica, e portanto o O2 não é formado de H2O durante o processo. A fosforilação cíclica é operativa. Quando há insuficiência de NADP+ para aceptar elétrons do FRS reduzido ou da ferredoxina reduzida. Essa condição existe quando a relação de NADPH para NADP+ é alta. A não cíclica é aquela que não envolve todos esses processos e a redução de NADPH para NADP+ não é alta.



6- Como ocorre a regulação da fotossíntese?

R: Ela é regulada pela intensidade da luz, porém quando intensa com baixa temperatura, apresenta a taxa fotossintética limitada pela fase não luminosa.



7-O que se entende por fotorespiração?

R: É a liberação dos carbonos na forma de CO2, que ocorre metabolicamente e funcionalmente relacionado com a fotossíntese, sendo que é regulada de acordo com a intensidade luminosa além da taxa de oxigênio encontrada no ar.



BIOSSÍNTESE E METABOLISMO DE ÁCIDOS GRAXOS.

1- Como são armazenados os lipídeos?

R: Os lipídeos são armazenados na forma de triacilglicerol(ésteres de glicerol sem carga). Nos mamíferos, a maior quantidade de triacilglicerídeos é encontrada nas células do tecido adiposo. Essas células são especializadas para a síntese e armazenamento de triacilglicerídeos, e também para a mobilização em ATP.



2- Quais as etapas de degradação dos trigliceróis?

R: Os ácidos graxos são degradados por oxidação no carbono .



3- Qual é o destino do glicerol obtido a partir do s trigliceróis?

R: O glicerol penetra na célula adiposa, recombinando-se para formar novas moléculas de gordura neutra. Os lipídeos levam a liberação do glicerol, que passa para o sangue, e devido a sua grande solubilidade no plasma, é captado pelo fígado e reaproveitado.



4- Mostre o destino dos lipídeos na dieta. Qual é a rota de um ácido graxo no metabolismo?

R: O início da utilização das gorduras como fonte de energia é a hidrólise dos triglicerídeos pela lipase. A sua atividade é regulada por hormônios. A adrenalina, noradrenalina, glucagon e ACTH estimulam a adenilciclase das células adiposas. O nível aumentado do AMP-cíclico estimula uma proteína cinase que ativa a lipase, fosforilando-a. Assim esses hormônios causam a lipólise. Em contraste, a insulina inibe a adenil ciclase e assim causa a lipólise. Sendo assim o AMP-cíclico é um segundo mensageiro na regulação da lipólise.



5- Como se dá a ativação dos ácidos graxos livres, e qual o papel da carnitina, na oxidação do mesmo?

R: Os ácidos graxos são oxidados nas mitocôndrias e são previamente ativas antes de suas entradas na matriz mitocondrial. O ATP dirige a formação de uma ligação tioéster entre o grupo carboxila de um ácido graxo e o grupo sulfidrila da CoA . Esta ativação ocorre na membrana externa da mitocôndria.

A carnitina funciona como carreador de moléculas de acetil CoA de cadeia longa que não atravessam rapidamente a membrana da mitocôndria, sendo necessário um mecanismo de transporte especial.

6- Onde ocorre a Beta oxidação? Quem faz o transporte dos ácidos graxos até esse sítio?

R: A Beta oxidação ocorre na matriz mitocondrial. e os ácidos graxos São carregados através da membrana mitocondrial interna pela carnitina. O grupo acila é transferido do átomo de enxofre da CoA para o grupo hidroxila da carnitina para formar a acil carnitina, que se difunde através da membrana mitocondrial.



7- Como ocorre o metabolismo dos ácidos graxos insaturados?

R: O metabolismo ocorre a partir de duas enzimas adicionais (isomerase e epimerase) , que são necessárias para a degradação.



8- Mostre através de reações como ocorre a oxidação completa do palmitato.

R: Cn acil CoA + FAD + NAD + H2O + CoA Cn-2acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+.

Palmitol CoA + 7FAD + 7NAD + 7CoA + 7H2O 8 acetil CoA + 7FADH2 + 7NADPH + 7H+.

9- Como ocorre a biossíntese dos ácidos graxos? O caminho para a biossíntese é o mesmo para a degradação?

R: A síntese ocorre no citosol; os intermediários da síntese dos ácidos graxos são convalentemente ligados aos grupos sulfidrilas de uma proteína carregadora de acila(ACP). Muitas enzimas da síntese dos ácidos graxos nos organismos superiores são estruturadas em um complexo multienzimático; o crescimento da cadeia se faz por alongamento pela adição seqüencial de unidades de dois carbonos derivados da acetil CoA, e o redutor na síntese é o NADH. A síntese dos ácidos graxos ocorre por vias diferentes da degradação.



10- Qual é a etapa comprometida na síntese dos ácidos graxos?

R: A etapa comprometida é a de formação de manolil coenzima.



11- Como se dá o prolongamento da cadeia de um ácido graxo?

R: A fase de alongamento de síntese de ácidos graxos inicia-se com a formação de acetil ACP e manolil ACP. A acetil transacilase e melonil transacilase catalisam essas reações. A acetil ACP e manolil ACP reagem para formar acetoacil ACP. Esta condensação é catalisada pela acetil ACP. Na reação de condensação forma-se unidades com quatro átomos de carbonos, a partir de uma unidade de 2 e outra de 3 carbonos, liberando CO2. As próximas três etapas na síntese de ácidos graxos reduzem o ceto grupo da posição C3 para metileno grupo. Essas três últimas reações convertem a auto acetil ACP em buritil ACP, que completa o primeiro ciclo de crescimento. Na segunda volta da síntese do ácido graxo, a buritil ACP condensa-se com a manolil ACP para formar C-6-Beta-cetoacil-ACP na C6 acil-ACP, que está pronta para a terceira volta de crescimento. Os ciclos de crescimento continuam até que a C-16-acil-ACP seja formada. Então é hidrolizada para produzir palmitato e ACP.



METABOLISMO DO GLICOGÊNIO.

1- Como ocorre a regulação do metabolismo do glicogênio?

R: O equilíbrio das quatros reações abaixo favorece grandemente a síntese do glicogênio:

ATP + D-glicose  D-glicose 6-fosfato + ADP.

glicose 6-fosfato  glicose 1-fosfato.

UDP + glicose 1-fosfato  UDP-glicose + PP.

UDP-glicose + glicose  UDP + glicose.

A glicose 6-fosfato é isomerizada a glicose 1-fosfato e daí forma glicogênio e fosfato inorgânico.

A fosforilase, a forma ativa que contém resíduos de serina essenciais fosforilados é desfosforilada pela fosforilase fosfatase, produzindo a fosforilase b, a forma relativamente inativa, que pode ser estimulada pelo AMP, seu modulador alostérico. A glicogênio sintetase também ocorre em formas fosforiladas e desfosforiladas, mas é regulada de maneira recíproca com a fosforilase. Em sua forma ativa, a glicogênio sintetase a é convertida em sua forma menos ativa , a glicogênio sintetase b.

A glicogênio fosforilase e a glicogênio sintetase são portanto, reciprocamente reguladas; quando uma é estimulada a outra é inibida.

2- Quais são as enzimas chaves no metabolismo do glicogênio?

R: Participam do metabolismo do glicogênio a glicoquinase, que forma a glicose 6-fosfato; a fosfoglicomutase, que forma glicose 1-fosfato; a uritil transferase, que transfere a UDP para a glicose 1-fosfato, formando UDP-glicose e a transglicosidade, transfere resíduos de glicose da posição 1-4 para a posição 1-6, ramificando a cadeia.



3-O que se entende por glicogenólise?

R: É a degradação do glicogênio, pela estimulação da adrenalina, através de uma cascata de amplificações. Tal cascata é idêntica no fígado e músculos esqueléticos. Como os músculos não possuem glicose 6-fosfato, eles não produzem glicose sangüínea. Em vez disso, a formação aumentada de glicose 6-fosfato no músculo leva a uma taxa aumentada da glicólise até lactato. Na realidade, a glicogenólise é a forma de armazenamento do glicogênio.









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