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Lipídeos: Estrutura e Função, Notas de aula de Bioquímica

- Estrutura dos Lipídeos - Funções: Armazenamento e Energia - Formação das Membranas - Gorduras Saturadas x Insaturadas - Classificação dos Lipídeos

Tipologia: Notas de aula

2020

Compartilhado em 10/06/2020

anaraquelfmaia
anaraquelfmaia 🇧🇷

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Bioquímica – P1
Lipídeos
Os lipídeos biológicos são um grupo de
compostos quimicamente diversos, cuja
característica em comum que os define é a
insolubilidade em água.
Gorduras e óleos principais formas de
armazenamento de energia em muitos
organismos;
Fosfolipídios e os esteróis principais
elementos estruturais das membranas
biológicas;
Lipídeos de armazenamento
As gorduras e os óleos utilizados de modo
quase universal como formas de
armazenamento de energia nos organismos
vivos são derivados de ácidos graxos. Os
ácidos graxos são derivados de
hidrocarbonetos, com estado de oxidação
quase tão baixo (ou seja, altamente
reduzido) quanto os hidrocarbonetos nos
combustíveis fósseis. A oxidação celular de
ácidos graxos (a CO2 e H2O), assim como a
combustão controlada e rápida de
combustíveis fósseis em motores de
combustão interna, é altamente
exergônica.
Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos
com cadeias hidrocarbonadas de
comprimento variando de 4 a 36 carbonos
(C4 a C36). Em alguns ácidos graxos, essa
cadeia é totalmente saturada (não contém
ligações duplas) e não ramificada;
Em outros, a cadeia contém uma ou mais
ligações duplas (cadeira insaturada);
alguns poucos contêm anéis de três
carbonos, grupos hidroxila ou ramificações
de grupos metila.
CONVENÇÃO-CHAVE: Uma nomenclatura
simplificada para ácidos graxos não
ramificados especifica o comprimento da
cadeia e o número de ligações duplas,
separados por dois pontos. Ex:
(a) A nomenclatura-padrão designa o
número 1 para o carbono da carboxila (C-1)
e a letra α para o carbono ligado a ele.
Cada segmento linear em ziguezague
representa uma ligação simples entre
carbonos adjacentes. As posições de
quaisquer ligações duplas são indicadas
pelo Δ, seguido de um número sobrescrito
que indica o carbono de número mais baixo
na ligação dupla.
(b) Para ácidos graxos poli-insaturados,
uma convenção alternativa numera os
carbonos na direção oposta, designando o
número 1 ao carbono da metila na outra
extremidade da cadeia; este carbono
também é designado ω (ômega; a última
letra do alfabeto grego). As posições das
ligações duplas são indicadas em relação
ao carbono ω.
IMPORTANTE:
A família de ácidos graxos poli-insaturados
(AGPI) com uma ligação dupla entre o
terceiro e o quarto carbono a partir da
extremidade da cadeia com grupo metila é
de importância especial na nutrição
humana. Como o papel fisiológico dos
ácidos graxos poli-insaturados está
relacionado mais à posição da primeira
ligação dupla próxima à extremidade da
cadeia com o grupo metila em vez da
extremidade contendo a carboxila, uma
nomenclatura alternativa algumas vezes é
utilizada para esses ácidos graxos. O
carbono do grupo metila – isto é, o carbono
mais distante do grupo carboxila é
chamado de carbono ω e recebe o número
1. Nessa convenção, os ácidos graxos poli-
insaturados com uma ligação dupla entre
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Bioquímica – P Lipídeos Os lipídeos biológicos são um grupo de compostos quimicamente diversos, cuja característica em comum que os define é a insolubilidade em água. Gorduras e óleos – principais formas de armazenamento de energia em muitos organismos; Fosfolipídios e os esteróis – principais elementos estruturais das membranas biológicas; Lipídeos de armazenamento As gorduras e os óleos utilizados de modo quase universal como formas de armazenamento de energia nos organismos vivos são derivados de ácidos graxos. Os ácidos graxos são derivados de hidrocarbonetos, com estado de oxidação quase tão baixo (ou seja, altamente reduzido) quanto os hidrocarbonetos nos combustíveis fósseis. A oxidação celular de ácidos graxos (a CO 2 e H 2 O), assim como a combustão controlada e rápida de combustíveis fósseis em motores de combustão interna, é altamente exergônica. Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos com cadeias hidrocarbonadas de comprimento variando de 4 a 36 carbonos (C 4 a C 36 ). Em alguns ácidos graxos, essa cadeia é totalmente saturada (não contém ligações duplas) e não ramificada; Em outros, a cadeia contém uma ou mais ligações duplas (cadeira insaturada); alguns poucos contêm anéis de três carbonos, grupos hidroxila ou ramificações de grupos metila. CONVENÇÃO-CHAVE: Uma nomenclatura simplificada para ácidos graxos não ramificados especifica o comprimento da cadeia e o número de ligações duplas, separados por dois pontos. Ex: (a) A nomenclatura-padrão designa o número 1 para o carbono da carboxila (C-1) e a letra α para o carbono ligado a ele. Cada segmento linear em ziguezague representa uma ligação simples entre carbonos adjacentes. As posições de quaisquer ligações duplas são indicadas pelo Δ, seguido de um número sobrescrito que indica o carbono de número mais baixo na ligação dupla. (b) Para ácidos graxos poli-insaturados, uma convenção alternativa numera os carbonos na direção oposta, designando o número 1 ao carbono da metila na outra extremidade da cadeia; este carbono também é designado ω (ômega; a última letra do alfabeto grego). As posições das ligações duplas são indicadas em relação ao carbono ω. IMPORTANTE: A família de ácidos graxos poli-insaturados (AGPI) com uma ligação dupla entre o terceiro e o quarto carbono a partir da extremidade da cadeia com grupo metila é de importância especial na nutrição humana. Como o papel fisiológico dos ácidos graxos poli-insaturados está relacionado mais à posição da primeira ligação dupla próxima à extremidade da cadeia com o grupo metila em vez da extremidade contendo a carboxila, uma nomenclatura alternativa algumas vezes é utilizada para esses ácidos graxos. O carbono do grupo metila – isto é, o carbono mais distante do grupo carboxila – é chamado de carbono ω e recebe o número

  1. Nessa convenção, os ácidos graxos poli- insaturados com uma ligação dupla entre

C-3 e C-4 são chamados de ácidos graxos ômega-3 (ω-3) e aqueles com a ligação dupla entre C-6 e C-7 são ácidos graxos ômega-6 (ω-6). Embora os seres humanos não disponham da capacidade de sintetizar o ácido ômega- 3-AGPI-a-linolênico (ALA, 18:3 [ΔΔ^9 ,^12 ,^15 ], na convenção padrão), ele é necessário e, portanto, deve ser obtido a partir da dieta. A partir do ALA, os seres humanos podem sintetizar dois outros AGPI ômega- importantes no funcionamento celular: o ácido eicosapentaenoico (EPA; 20:5[ΔΔ5,8,11,14,17] DHA; 22:6[ΔΔ4,7,10,13,16,19] – ácido docosaexaenoico; Um desequilíbrio entre os AGPI ômega-6 e ômega-3 na dieta está associado a um risco aumentado de doenças cardiovasculares. A proporção ótima de AGPI ômega-6 para ômega-3 na dieta está entre 1:1 e 4:1, mas a proporção nas dietas da maioria dos norte-americanos está mais próxima de 10:1 a 30:1. A “dieta mediterrânea”, que tem sido associada com a diminuição do risco de doenças cardíacas, é mais rica em AGPI ômega-3, obtidos em vegetais folhosos (saladas) e óleos de peixe. Esses óleos são especialmente ricos em EPA e DHA, e suplementos com óleo de peixe são frequentemente prescritos para indivíduos com histórico de doença cardiovascular. Propriedades físicas dos ácidos graxos

  • São determinadas pelo tamanho da cadeia (comprimento da cadeia);
  • E pelo grau de insaturação da cadeia;
  • A cadeia hidrocarbonada apolar é responsável pela baixa solubilidade dos ácidos graxos na água. ↑ comprimento da cadeia ↓ solubilidade em água ↑ ligações simples ↓ solubilidade em água À temperatura ambiente (25ºC) os ácidos graxos saturados têm consistência de cera; Enquanto os ácidos graxos insaturados na mesma temperatura, têm consistência líquida oleosa; Essa diferença nos pontos de fusão deve-se a diferentes graus de empacotamento das moléculas dos ácidos graxos. Moléculas de ácidos graxos saturados podem agrupar-se de forma compacta em arranjos quase cristalinos, com os átomos ao longo de todo o seu comprimento em interações de van der Waals com os átomos de moléculas vizinhas. Em ácidos graxos insaturados, uma ligação dupla cis força uma dobra na cadeia hidrocarbonada. Ácidos graxos com uma ou várias dessas dobras não podem agrupar- se tão firmemente quanto os ácidos graxos totalmente saturados, e as interações entre eles são, portanto, mais fracas. Como é necessário menos energia térmica para desordenar esses arranjos fracamente ordenados dos ácidos graxos insaturados, eles têm pontos de fusão consideravelmente mais baixos que os ácidos graxos saturados de mesmo comprimento de cadeia.

vez de polissacarídeos, como o glicogênio e o amido.

  • Primeiro, os átomos de carbono dos ácidos graxos estão mais reduzidos do que os dos açúcares, e a oxidação de um grama de triacilgliceróis libera mais do que o dobro de energia do que a oxidação de um grama de carboidratos. CARBO – 1g libera 4kcal GORDURA – 1g libera 9kcal
  • Segundo, como os triacilgliceróis são hidrofóbicos e, portanto, não hidratados, o organismo que carrega gordura como combustível não precisa carregar o peso extra da água da hidratação que está associada aos polissacarídeos armazenados (2 g por grama de polissacarídeo). Em alguns animais, os triacilgliceróis armazenados sob a pele servem tanto de estoques de energia quanto de isolamento contra baixas temperaturas. Focas, morsas, pinguins e outros animais polares de sangue quente apresentam sua superfície amplamente coberta por triacilgliceróis. Em animais hibernantes, como os ursos, as enormes reservas de energia acumuladas antes da hibernação servem para dois propósitos: isolamento térmico e reserva de energia. Ceras As ceras biológicas são ésteres de ácidos graxos saturados e insaturados de cadeia longa (C 14 a C 36 ) com alcoóis de cadeia longa (C 16 a C 30 ). Seus pontos de fusão ( a 100°C) geralmente são mais altos do que os dos triacilgliceróis. No plâncton, microrganismos de vida livre na base da cadeia alimentar dos animais marinhos, as ceras são a principal forma de armazenamento de combustível metabólico. Certas glândulas da pele de vertebrados secretam ceras para proteger os pelos e a pele e mantê-los flexíveis, lubrificados e impermeáveis; Lipídeos de membrana A característica central na arquitetura das membranas biológicas é uma dupla camada de lipídeos que atua como barreira à passagem de moléculas polares e íons. Os lipídeos de membrana são anfipáticos: uma extremidade da molécula é hidrofóbica e a outra é hidrofílica. Suas interações hidrofóbicas entre si e suas interações hidrofílicas com a água direcionam o seu empacotamento em camadas, chamadas de bicamadas de membrana. Os glicerofosfolipídeos são derivados do ácido fosfatídico Os glicerofosfolipídeos, também chamados de fosfoglicerídeos, são lipídeos de membrana nos quais dois ácidos graxos estão unidos por ligação éster ao primeiro e ao segundo carbono do glicerol e um grupo fortemente polar ou carregado está unido por ligação fosfodiéster ao terceiro carbono. Os glicerofosfolipídeos são denominados como derivados do composto precursor, o ácido fosfatídico, de acordo com o álcool polar no grupo cabeça. A fosfatidilcolina e a fosfatidiletanolamina têm colina e etanolamina como grupos cabeça polares, por exemplo. Em todos esses compostos, o grupo cabeça está unido ao glicerol por uma ligação fosfodiéster, na qual o grupo fosfato tem carga negativa em pH neutro. O álcool polar pode estar carregado negativamente (assim como no fosfatidilinositol-4,5-bifosfato), neutro

(fosfatidilserina), ou carregado positivamente (fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina). A oxidação da cardiolipina, um tipo de glicerofosfolipídeo, está relacionada à ativação da apoptose celular, no desenvolvimento e na progressão de diversos processos patológicos. A fosfatidilcolina ou lecitina é formadora de lipoproteínas de alta densidade, conhecidas como HDL ( High Density Lipoproteins ). O HDL é chamado de “colesterol bom” por estar envolvido no processo de transporte reverso de moléculas de colesterol, transportando-as para o fígado para serem metabolizadas ou excretadas. Sendo uma substância essencial para o processo de formação de HDL, tem um potencial protetor na aterosclerose, uma vez que essa molécula é capaz de retirar o excesso de colesterol livre das membranas celulares e do próprio endotélio, ou seja, a placa aterosclerótica. Também é coadjuvante na secreção de lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL) pelo fígado, a qual participa do transporte de triglicerídeos do fígado para os vasos sanguíneos. Ademais, é um emulsificante essencial para o processo de solubilização da bile, liberando o colesterol biliar que é a principal fonte do colesterol absorvido. Portanto, a lecitina pode atuar melhorando o perfil lipídico e representa um tratamento alternativo para indivíduos com dislipidemias, principalmente quando associada à dieta com baixo teor de gorduras. Fosfatidilinositol: mensageiros intracelulares O fosfatidilinositol e seus derivados fosforilados atuam em vários níveis para regular a estrutura celular e o metabolismo. O fosfatidilinositol-4,5- bifosfato na face citoplasmática (interna) da membrana plasmática serve como um reservatório de moléculas mensageiras que são liberadas dentro da célula em resposta a sinais extracelulares interagindo com receptores de superfície específicos. Os sinais extracelulares, como o hormônio vasopressina , ativam uma fosfolipase C específica na membrana, a qual hidrolisa o fosfatidilinositol-4,5-bifosfato, liberando dois produtos que atuam como mensageiros intracelulares: o inositol-1,4,5- trifosfato (IP3), que é solúvel em água, e o diacilglicerol, que permanece associado à membrana plasmática. O IP3 provoca a liberação de Ca2+^ do retículo endoplasmático, e a combinação do diacilglicerol e da elevada concentração de Ca2+^ citosólica ativa a enzima proteína- - cinase C. Pela fosforilação de proteínas específicas, essa enzima ativa a resposta celular ao sinal extracelular. Dipalmitoilfosfatidilcolina É um fosfolipídeo constituído por dois ácidos palmíticos ligados a um grupo principal de fosfatidilcolina. É o principal constituinte dos surfactantes pulmonares, o que reduz o trabalho respiratório e evita o colapso alveolar durante a respiração.

Há três subclasses de esfingolipídeos, todos derivados da ceramida, mas diferindo em seus grupos cabeça:

  • esfingomielinas
  • glicolipídeos neutros (não carregados)
  • gangliosídeos As esfingomielinas contêm fosfocolina ou fosfoetanolamina como grupo cabeça polar, sendo assim classificadas junto com os glicerofosfolipídeos como fosfolipídeos. Estão presentes nas membranas plasmáticas das células animais, são especialmente proeminentes na mielina , bainha membranosa que envolve e isola os axônios de alguns neurônios – daí o nome esfingomielinas. Os glicoesfingolipídeos , que ocorrem amplamente na face externa das membranas plasmáticas, possuem grupos cabeça com um ou mais açúcares conectados diretamente ao –OH no C-1 da porção ceramida; eles não contêm fosfato. Os cerebrosídeos têm um único açúcar ligado à ceramida; os que têm galactose são caracteristicamente encontrados nas membranas plasmáticas das células em tecido neural, e os que têm glicose nas membranas plasmáticas das células, em tecidos não neurais. Os globosídeos são glicoesfingolipídeos com dois ou mais açúcares, geralmente D- glicose, D-galactose, ou N -acetil-D- galactosamina. Os cerebrosídeos e globosídeos são às vezes chamados de glicolipídeos neutros , pois não têm carga em pH 7. Os gangliosídeos , os esfingolipídeos mais complexos, têm oligossacarídeos como grupo cabeça polar e um ou mais resíduos do ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac), um ácido siálico (frequentemente chamado apenas de “ácido siálico”), nas terminações. Glicoesfingolipídeos como determinantes dos grupos sanguíneos Os grupos sanguíneos humanos (O, A, B) são determinados em parte pelos grupos de oligossacarídeo da cabeça desses glicoesfingolipídeos. Os mesmos três oligossacarídeos também são encontrados ligados a certas proteínas do sangue de indivíduos dos tipos sanguíneos O, A e B, respectivamente. As porções de carboidrato de certos esfingolipídeos definem os grupos sanguíneos humanos e, portanto, definem o tipo de sangue que os indivíduos podem

receber seguramente nas transfusões sanguíneas. Os gangliosídeos estão concentrados na superfície externa das células, onde apresentam pontos de reconhecimento para moléculas extracelulares ou superfícies de células vizinhas. Os tipos e as quantidades de gangliosídeos na membrana plasmática mudam consideravelmente durante o desenvolvimento embrionário. Falso O – Efeito Bombain Um lócus gênico, chamado lócus H, determina a produção de um fator responsável pela expressão do fenótipo do sistema ABO. Assim, indivíduos HH ou Hh sintetizam uma enzima que é responsável pela formação do antígeno H; transformado em antígeno A ou B: responsável pela determinação dos grupos sanguíneos A, B e AB, em testes tradicionais. Quando esse lócus gênico não está presente, ou seja, em casos de indivíduos homozigotos recessivos (hh), é manifestado um fenótipo de sangue do tipo O independentemente do seu genótipo verdadeiro, já neste caso que é sintetizada uma enzima inativa. Pessoas com o fenótipo Bombaim não produzem a enzima ativa (H) que transformaria a substância precursora em antígeno H. Sendo assim, a sua ausência [Δda enzima] faz com que essas pessoas não apresentem os antígenos “A” e “B” nem o “H”, em suas hemácias, mesmo possuindo os alelos responsáveis pela síntese dessas substâncias. Fenótipo Bombaim não tem antígenos H nas superfícies das hemácias e tem anticorpos H. Esteróis Os esteróis são lipídeos estruturais presentes nas membranas da maioria das células eucarióticas. A estrutura característica desse quinto grupo de lipídeos de membrana é o núcleo esteroide, que consiste em quatro anéis fusionados, três com seis carbonos e um com cinco. O colesterol , o principal esterol nos tecidos animais, é anfipático, com um grupo cabeça polar (o grupo hidroxila em C-3) e um “corpo” hidrocarbonado apolar (o núcleo esteroide e a cadeia lateral hidrocarbonada no C-17), tão longa quanto um ácido graxo de 16 carbonos em sua forma estendida. Os esteróis de todos os eucariotos são sintetizados a partir de subunidades de isopreno simples de cinco carbonos, assim como as vitaminas lipossolúveis, as quinonas e os dolicóis. Além de seus papéis como constituintes de membrana, os esteróis servem como precursores para uma diversidade de produtos com atividades biológicas específicas. Os hormônios esteroides, por

A deficiência dessa vitamina ocasiona vários sintomas em humanos, incluindo secura da pele, dos olhos e das membranas mucosas; desenvolvimento e crescimento retardados; e cegueira noturna, frequente sintoma inicial no diagnóstico de deficiência de vitamina A. Vitamina E A vitamina E é o nome coletivo para um grupo de lipídeos relacionados chamados tocoferóis, que contêm um anel aromático substituído e uma cadeia lateral longa de isoprenoide. Por serem hidrofóbicos, os tocoferóis se associam com as membranas celulares, com os depósitos de lipídeos e com as lipoproteínas no sangue. Os tocoferóis são antioxidantes biológicos. O anel aromático reage com as formas mais reativas de radicais de oxigênio e outros radicais livres e as destrói, protegendo os ácidos graxos insaturados da oxidação e impedindo o dano oxidativo aos lipídeos de membrana.