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Bioquímica

4.5 O que são e como atuam as enzimas?

As enzimas são proteínas, com um número muito pequeno de exceções. Cada proteína enzimática é específica para a catálise de uma determinada reação e cada reação no interior da célula é catalisada por uma enzima diferente. Cada célula requer, portanto, milhares de tipos diferentes de enzimas. A multiplicidade de enzimas, a sua alta especificidade para os reagentes e a sua suscetibilidade à regulação dão às células a capacidade de diminuir as barreiras de ativação seletivamente. Esta seletividade é crucial na eficaz regulação dos processos celulares. As milhares de reações químicas enzimaticamente catalisadas nas células são funcionalmente organizadas em muitas seqüências diferentes de reações consecutivas chamadas vias, nas quais o produto de uma reação torna-se o reagente para a próxima reação (Fig. 1-7). Algumas dessas seqüências de reações enzimaticamente catalisadas degradam nutrientes orgânicos em produtos finais simples, de forma a extrair energia química e convertê-la em uma forma utilizável pela célula. Juntos esses processos degradativos liberadores de energia livre são designados por catabolismo, mencionado anteriormente. Outras vias enzimaticamente catalisadas partem de moléculas precursoras pequenas e as convertem, progressivamente, em moléculas maiores e mais complexas, incluindo proteínas e ácidos nucléicos. Essas vias sintéticas requerem sempre a adição de energia, e quando consideradas em conjunto representam o anabolismo. Esse conjunto de vias imbricadas e enzimaticamente catalisadas constitui o que é chamado de metabolismo.

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Figura 1-7 – Exemplo de uma via sintética (anabólica) típica. Na bactéria E. coli, a treonina é convertida em isoleucina (dois aminoácidos) em uma via de cinco passos, cada um deles catalisado por uma enzima separada. (Aqui estão mostrados apenas os reagentes e produtos principais). A treonina, por sua vez, foi sintetizada a partir de um precursor mais simples. Ambas, treonina e isoleucina, são precursoras de moléculas maiores e mais complexas: as proteínas (Lehninger, 1995).

4.6 ATP: transportador universal de energia metabólica e elo entre anabolismo e catabolismo

As células capturam, armazenam e transportam energia livre em uma forma química. A adenosina trifosfato (ATP) (Fig. 1-8) funciona como o principal transportador de energia química em todas as células. O ATP transporta energia entre as vias metabólicas representando o papel do intermediário comum que acopla as reações endergônicas àquelas exergônicas. Poderia ser comparado à moeda, que faz a ponte entre o trabalho de um empregado e a mercadoria que ele deseja adquirir. Para adquirir a mercadoria ele precisa trabalhar. Todavia, ele não recebe a mercadoria diretamente das mãos do empregador, mas sim, a moeda e com esta ele se dirige ao supermercado onde vai encontrar a mercadoria que deseja. Podemos dizer que o ATP é a “moeda energética”.

Como o ATP funciona?

O grupo fosfato terminal do ATP é transferido a uma variedade de moléculas receptoras, as quais são assim ativadas para sofrerem outras transformações químicas. A adenosina difosfato (ADP), que sobra depois da transferência do fosfato, é reciclada para tornar-se ATP, às expensas da energia química (que ocorre durante a fosforilação oxidativa), ou da energia solar nas células fotossintéticas (pelo processo de fotofosforilação). No interior das células o ATP é o mais importante elo de conexão (intermediário compartilhado) entre as redes de reações catalisadas enzimaticamente catabólicas e anabólicas. Essas redes de reações catalisadas por enzimas são praticamente idênticas em todos os organismos vivos.

A atuação do ATP pode ser representada simplificadamente pelas equações químicas a seguir:

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ATP ? ADP + Pi + EnergiaA primeira equação representa a ação do ATP para impulsionar alguma outra reação que necessite de energia. Se o ATP fosse uma bateria, poderíamos dizer que essa é a reação em que a bateria será descarregada. A segunda equação representaria, no modelo da “bateria”, o seu processo de recarregamento.

Obs.: Pi é a sigla usada para representar fosfato inorgânico ou, alternativamente, grupo fosfato, HPO42–.

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Figura 1-8 – (a) Fórmula estrutural e (b) modelo bola-e-bastão da adenosina trifosfato (ATP). A remoção do fosfato terminal do ATP é altamente exergônica e, na célula, esta reação está acoplada a muitas reações endergônicas diferentes.

4.7 O Metabolismo é regulado para ser econômico e equilibrado

O metabolismo é auto-regulado de tal forma que as células nunca produzem mais de uma biomolécula do que o estritamente necessário. A cada instante, uma célula estará sintetizando simultaneamente milhares de tipos diferentes de moléculas de carboidratos, lipídeos, proteínas e ácidos nucléicos nas precisas proporções requeridas. Isso é possível graças a um mecanismo de retro-alimentação negativa (“feedback”) que funciona da seguinte forma. Suponha que uma célula necessita sintetizar um aminoácido precursor de dada proteína que está sendo requisitada pela célula durante, por exemplo, sua reprodução. A quantidade do aminoácido que deverá ser sintetizado é regulada através da enzima-chave, uma das várias enzimas presentes na via metabólica daquela biomolécula e que controla sua síntese. Considere a via mostrada na Figura 1-6 (página 9) e na Figura 1-9 a seguir, a qual leva à síntese da isoleucina (um dos aminoácidos para a síntese protéica). Se a célula começa a produzir mais isoleucina do que o necessário para a síntese protéica, a isoleucina não utilizada acumula-se. Altas concentrações desse aminoácido inibirão a atividade catalítica da primeira enzima da via, diminuindo, imediatamente, sua produção. Esse mecanismo mantém em equilíbrio a produção e a utilização de cada biomolécula.

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Figura 1-9 – Regulação de uma via biossintética por inibição retroativa (“feedback”). Na via de biossíntese da isoleucina a partir da treonina (Fig. 1-4), o acúmulo do produto, isoleucina (F), provoca a inibição da primeira reação da via; a isoleucina liga-se à enzima que catalisa esta reação (enzima 1) reduzindo sua atividade. (As letras de A até F representam os componentes mostrados na Fig. 1-4) (Lehninger, 1995).

As células vivas também regulam a síntese dos seus catalisadores, as enzimas. Assim, uma célula pode desativar a síntese de uma enzima necessária para a produção de um determinado produto, enquanto este produto é obtenível já pronto do meio ambiente. Estas propriedades de auto-ajustar-se e auto-regular-se permitem às células manterem-se em um estado de equilíbrio dinâmico, a despeito das flutuações do ambiente externo.

5 RESUMO

A Bioquímica é a ciência que estuda os metabólitos primários no intuito de compreender a vida, a estrutura e funcionamento dos organismos e células vivas. Os metabólitos primários fazem parte do metabolismo de toda célula viva, e são representados pelos carboidratos, aminoácidos, peptídeos, proteínas e ácidos nucléicos.

Os organismos vivos apresentam um conjunto de características que os distinguem do restante da matéria, quais sejam: alto grau de complexidade química e organização microscópica; sistemas de obtenção, transformação e uso da energia proveniente do ambiente; capacidade precisa de auto-replicação e automontagem; mecanismos de percepção e resposta a alterações ambientais; alto grau de organização intercelular e divisão do trabalho nos organismos multicelulares e capacidade adaptativa. Uma célula viva é um sistema isotérmico de macromoléculas que se autocontém, automonta, autoajusta e autoperpetua, e que extrai energia livre do seu meio ambiente. A célula conduz muitas reações consecutivas promovidas por catalisadores específicos, chamados de enzimas, que são produzidos pela própria célula. Sem essas enzimas as reações metabólicas seriam muito lentas devido aos grandes níveis de energia de ativação e a vida seria impraticável. Para realizar trabalho, as células obtêm energia do meio ambiente através dos nutrientes ou da luz solar. Essa energia é transduzida em diferentes formas, conforme as demandas do organismo. Energia química pode converter-se em energia mecânica, eletromagnética, térmica etc. Reações exergônicas são aquelas que liberam energia. Estas reações são acopladas no interior das células às reações endergônicas, de modo que estas últimas possam ocorrer. O principal elo que liga essas duas classes de reações é o ATP.

Há duas classes de reações metabólicas quanto à energética: o catabolismo, que degrada moléculas maiores em menores para fornecer energia que será necessária à segunda classe de reações, as reações anabólicas. Estas últimas englobam todas aquelas reações que levam à síntese de moléculas maiores e mais complexas (proteínas, DNA etc.) a partir de moléculas menores e simples, com consumo de energia. As células se auto-replicam através de muitas gerações graças ao sistema linear de codificar a informação, do DNA, que é auto-reparável. A informação genética contida no DNA é a responsável pelas instruções para a formação de todos os outros componentes celulares e controle do metabolismo celular.

Fonte: quimicauva.org

 

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