1) O documento apresenta uma introdução à bioquímica, definindo-a como a ciência que estuda os componentes e funções metabólicas da matéria viva. 2) São descritas as principais biomoléculas presentes nos organismos vivos, incluindo carboidratos, proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos, assim como suas unidades monoméricas e formação de macromoléculas. 3) São apresentados os conceitos básicos do metabolismo, dividido em catabolismo, anabolismo e estágios

1. Arlindo Ugulino Netto – MEDICINA P1 – 2007.2
FAMENE
NETTO, Arlindo Ugulino.
BIOQUÍMICA METABÓLICA
INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA
(Professor Homero Perazzo Barbosa)
A bioquímica é a ciência responsável pelo estudo dos componentes da matéria viva e suas respectivas funções
metabólicas. É ela quem estuda as diversas reações moleculares que regem o metabolismo do ser vivo.
O objetivo da bioquímica é explicar a forma e função biológica em termos químicos. Uma das formas mais
produtivas de se abordar o entendimento dos fenômenos biológicos tem sido aquela de purificar os componentes
químicos individuais, tais como uma proteína de um organismo vivo, e caracterizar a sua estrutura química ou sua
atividade catalítica.
Nos próximos capítulos, revisaremos os princípios químicos que governam as propriedades das moléculas
biológicas: a ligação covalente dos átomos de carbono entre si e com outros elementos, os grupos funcionais que
ocorrem nas moléculas biológicas comuns, a estrutura tridimensional e a estereoquímica dos compostos de carbono, e
os tipos de reações químicas comuns que ocorrem nos organismos vivos. Esta revisão, contudo, será sempre voltada
aos interesses do ensinamento básico para estudantes de medicina no que diz respeito às considerações clínicas que
serão realizadas ao longo de nosso estudo. Vale salientar que, de um modo direto ou oculta em outras disciplinas ao
longo do ensinamento médico, a bioquímica estará sempre presente e explicando, molecularmente, o mecanismo da
maioria das doenças com as quais o médico deve se deparar no seu cotidiano clínico.
Entretanto, antes de iniciarmos o estudo da bioquímica molecular básica para o estudante de medicina, devemos
rever alguns conceitos importantes da ciência bioquímica.
BIOMOLÉCULAS
A química dos organismos vivos está organizada ao redor do elemento carbono, o qual representa mais da
metade do peso seco das células. As biomoléculas são compostos de carbonos que têm como elementos básicos:
Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio (N), Fósforo (P), Enxofre (S), Cálcio (Ca), Sódio (Na), Cloro (Cl), entre outros.
O carbono pode estabelecer ligações simples e duplas com átomos de hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.
Contudo, de maior importância em biologia, é a capacidade de os átomos de carbono compartilharem pares de elétrons
entre si para formar ligações simples carbono-carbono, as quais são muito estáveis. Cada átomo de carbono também
pode formar ligações simples com um, dois, três ou quatro outros átomos de carbono. Dois átomos de carbono podem
também compartilhar dois (ou três) pares de elétrons, formando assim ligações duplas ou triplas carbono-carbono.
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OBS : Elementos essenciais para a vida animal e
para a manutenção da saúde. Os macroelementos
(destacadas em laranja na tabela periódica ao lado)
são componentes estruturais das células e dos
tecidos e necessários na dieta em quantidades
diárias medidas em gramas. Para os microelementos
(sombreados em amarelo) as necessidades são
muito menores: para os humanos bastam poucos
miligramas por dia, tanto de ferro como de zinco, e
ainda menos para muitos outros.
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OBS : Ligação covalente. Dois
átomos com elétrons
desemparelhados nas suas
camadas externas podem
formar ligações covalentes uns
com os outros pelo
compartilhamento de pares de
elétrons. Os átomos
participantes de ligações
covalentes tendem a preencher
suas camadas eletrônicas
externas.
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GRUPOS FUNCIONAIS
A maioria das biomoléculas pode ser vista como derivada dos hidrocarbonetos, os quais são compostos
formados por um esqueleto de átomos de carbono ligados covalentemente entre si e aos quais estão ligados apenas
átomos de hidrogênio. Os esqueletos carbônicos desses compostos são muito estáveis. Os átomos de hidrogênio
podem ser substituídos individualmente por uma grande variedade de grupos funcionais que determinarão as
propriedades químicas da molécula, formando famílias diferentes de compostos orgânicos.
Famílias típicas de compostos orgânicos são: os alcoóis, os quais possuem um ou mais grupos hidroxilas (R-
OH); as aminas, possuidoras de grupo funcional amino (R-NH2); os aldeídos e as cetonas, os quais possuem o grupo
carbonila (R-COH e R1-CO-R2, respectivamente); e os ácidos carboxílicos, que exibem os grupos carboxilas (R-COOH).
MACROMOLÉCULAS E SUAS UNIDADES MONOMÉRICAS
Muitas das moléculas encontradas no interior das células são macromoléculas, polímeros de alto peso molecular
construídas com precursores relativamente simples (unidades monoméricas). Os polissacarídeos, as proteínas e os
ácidos nucléicos, os quais podem ter pesos moleculares variando de dezenas de milhares até bilhões (como no caso do
DNA), são construídos pela polimerização de subunidades relativamente pequenas, de peso molecular ao redor de 500
unidades ou menos.
• Unidade monomérica (Peso molecular ≤ 500 u): é chamada unidade monomérica toda molécula que possui
peso molecular menor que 500 u. Como exemplo, temos:
Glicose (C6H12O6) tem peso molecular de 180 u;
Amino-ácidos;
Ácidos graxos;
Nucleotídeos (guanina, citosina, adenina, timina e uracila).
• Macromoléculas (Peso molecular > 500 u): é chamada de macromolécula toda molécula formada pela união
de diversas unidades monoméricas, apresentando, portanto, peso molecular maior que 500 u. Como exemplo,
temos: proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos e lipídeos.
Os polissacarídeos (amido, glicogênio, etc.), polímeros de açucares simples, como a glicose, têm duas funções
principais: servem como armazenadores de alimentos, liberadores energia e como elementos estruturais
extracelulares. Polímeros pequenos de açucares (oligossacarídeos) ligados a proteínas ou lipídios na superfície
celular servem como sinais celulares específicos.
As proteínas (albumina, etc.), longos polímeros de aminoácidos, constituem, ao lado da água, a maior fração de
macromoléculas celulares. Algumas proteínas têm atividade catalítica e funcionam como enzimas, outras servem
como elementos estruturais e ainda outras transportam sinais específicos (no caso dos receptores) ou substâncias
específicas (no caso das proteínas de transporte) para o interior ou o exterior das células. As proteínas são talvez as
mais versáteis das biomoléculas.
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Os ácidos nucléicos, DNA e RNA, são polímeros de nucleotídeos. Eles armazenam, transmitem e transcrevem a
informação genética.
Os lipídios (triglicerol, etc.), derivados oleosos dos hidrocarbonetos, servem principalmente como componentes
estruturais das membranas e como forma de armazenamento de alimentos ricos em energia.
Todas essas quatro classes de grandes biomoléculas são sintetizadas em reações de condensação. Nas
macromoléculas (proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos), o número de subunidades monoméricas é muito grande.
As proteínas têm pesos moleculares que variam de 5000 até um milhão; os ácidos nucléicos têm pesos moleculares que
variam na cada dos vários milhões; os polissacarídeos, como o amido, também têm pesos moleculares na casa dos
vários milhões. As moléculas lipídicas individuais são muito menores (750 a 1500 u) e não são classificadas como
macromoléculas por alguns autores. Entretanto, quando um grande número de moléculas lipídicas se associa não-
covalentemente, resulta em estruturas muito grandes. As membranas celulares são construídas por enormes agregados
que contém milhões de moléculas de lipídios.
A síntese das macromoléculas é uma atividade celular que pode ser classificada como forte consumidora de
energia. As macromoléculas, por sua vez, podem ser arranjadas em complexos supramoleculares formando unidades
funcionais como ribossomos, que são construídos com cerca de 70 proteínas diferentes e várias moléculas de RNA
diferentes.
OBS3: Para designar o número de sequências (“S”) possíveis para um número “N” de subunidades monoméricas
disponíveis, temos a seguinte fórmula: S=NL, sendo “L” o tamanho da macromolécula, isto é, número de unidades
monoméricas que compõem a macromolécula.
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Ex : Sequências possíveis de nucleotídeos para formar uma cadeia de DNA com 9 nucleotídeos.
Sabendo que N=4 (guanina, citosina, adenina e timina) e L=9 (tamanho da cadeia de DNA), temos:
S= 49 = 262144
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Ex : Sequências possíveis de aminoácidos para compor uma proteína de 5000 unidades monoméricas.
Sabendo que N=20 (número de aminoácidos conhecidos e disponíveis na natureza ou no organismo
humano) e L=5000 (tamanho da cadeia de proteína que se quer construir), temos:
5000
S= 20
BASES GERAIS DO METABOLISMO
Todas as doenças apresentam uma base bioquímica. Por esta
razão, diz-se que a bioquímica e a medicina estão intimamente
relacionadas: os estudos bioquímicos contribuem para o diagnóstico,
prognóstico e tratamento. Daí a importância do estudo aprofundado da
bioquímica para o estudante de medicina.
O termo metabolismo significa soma de todas as reações
químicas quase sempre enzimas catalisadas que ocorrem nos organismos
vivos. O metabolismo pode ser fracionado em:
• Catabolismo: É o processo degradativo do metabolismo em que
moléculas complexas são convertidas em produtos simples, para o
aproveitamento dos seus componentes e/ou para geração de
energia.
Ex: Via Glicolítica (degradação da glicose); Via Lipolítica
(degradação dos lipídeos)
• Anabolismo ou biossíntese: é o processo no qual as
biomoléculas são sintetizadas a partir de compostos mais simples.
ESTÁGIOS DO METABOLISMO
Todos os nutrientes fundamentais sofrem metabolismos por vias
catabólicas e anabólicas diferentes mas que se comunicam em algumas
etapas. De uma forma resumida, temos:
PROTEÍNAS Aminoácidos NH3, Piruvato e Acetil-CoA.
CARBOIDRATOS Piruvato Acetil-CoA H2O, CO2 e
energia.
LIPÍDEOS Ácidos graxos e glicerol Piruvato, Acetil-CoA e
Corpos cetônicos (em segunda instância, podem ser utilizados
como fonte de energia pelo cérebro).
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OBS : O excesso de glicose (carboidratos) engorda uma vez que a acetil-CoA, um
de seus metabólitos, pode ser convertida de volta em lipídios. Com isso, o excesso
de acetil-CoA que não é convertido em energia é convertido e armazenado na
forma de gordura.
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