Bioquímica

Frontispício
GEN
Página de rosto
Créditos
Dedicatória
Sobre os autores
Prefácio
Evolução molecular
Aplicações clínicas
Ferramentas e técnicas
Agradecimentos
Constantes de acidez
Material Suplementar
Sumário
Parte 1 Desenho Molecular da Vida
1 Bioquímica | Uma Ciência em Evolução
1.1 A unidade bioquímica é subjacente à diversidade biológica
1.2 O DNA ilustra a relação entre a forma e a função
1.3 Os conceitos da química explicam as propriedades das moléculas biológicas
1.4 A revolução da genômica está transformando a bioquímica e a medicina
2 Estrutura e Composição das Proteínas
2.1 As proteínas são construídas a partir de um repertório de 20 aminoácidos
2.2 Estrutura primária | Os aminoácidos são unidos por ligações peptídicas para formar cadeias polipeptídicas
2.3 Estrutura secundária | As cadeias polipeptídicas podem se enovelar em estruturas regulares como a alfa-hélice, a folha beta, voltas e alças
2.4 Estrutura terciária | As proteínas hidrossolúveis enovelam-se em estruturas compactas com núcleos apolares
2.5 Estrutura quaternária | As cadeias polipeptídicas podem se unir formando estruturas com múltiplas subunidades
2.6 A sequência de aminoácidos de uma proteína determina sua estrutura tridimensional
3 Estudo das Proteínas e dos Proteomas
3.1 A purificação de proteínas é um primeiro passo essencial para a compreensão de suas funções
3.2 As sequências de aminoácidos das proteínas podem ser determinadas experimentalmente
3.3 A imunologia fornece técnicas importantes para a investigação das proteínas
3.4 A espectrometria de massa é uma técnica poderosa para a identificação de peptídios e proteínas
3.5 Proteínas podem ser sintetizadas por métodos automatizados em fase sólida
3.6 A estrutura tridimensional das proteínas pode ser determinada por cristalografia de raios X e espectroscopia de ressonância magnética
4 DNA, RNA e Fluxo da Informação Genética
4.1 Um ácido nucleico consiste em quatro tipos de bases ligadas a um arcabouço de osefosfato
4.2 Um par de cadeias de ácidos nucleicos com sequências complementares pode formar uma estrutura em dupla hélice
4.3 A dupla hélice facilita a transmissão precisa da informação hereditária
4.4 O DNA é replicado por polimerases que recebem instruções de moldes
4.5 A expressão gênica é a transformação da informação do DNA em moléculas funcionais
4.6 Os aminoácidos são codificados por grupos de três bases a partir de um ponto inicial fixo
4.7 A maioria dos genes eucarióticos é um mosaico de íntrons e éxons
5 Estudo dos Genes e Genomas
5.1 A exploração dos genes baseia-se em ferramentas específicas
5.2 A tecnologia do DNA recombinante revolucionou todos os aspectos da biologia
5.3 Genomas completos foram sequenciados e analisados
5.4 Genes eucarióticos podem ser quantificados e manipulados com considerável precisão
6 Estudo da Evolução e da Bioinformática
6.1 Os homólogos são descendentes de um ancestral comum
6.2 A análise estatística do alinhamento de sequências pode detectar a homologia
6.3 O exame da estrutura tridimensional amplia nossa compreensão das relações evolutivas
6.4 Árvores evolutivas podem ser construídas com base nas informações das sequências
6.5 As técnicas modernas disponíveis possibilitam a exploração experimental da evolução
7 Hemoglobina | Retrato de uma Proteína em Ação
7.1 O oxigênio liga-se aos átomos de ferro do heme da mioglobina e hemoglobina
7.2 A hemoglobina liga-se ao oxigênio de modo cooperativo
7.3 Os íons hidrogênio e o dióxido de carbono promovem a liberação de oxigênio | O efeito Bohr
7.4 Mutações nos genes que codificam as subunidades da hemoglobina podem resultar em doença
8 Enzimas | Conceitos Básicos e Cinética
8.1 As enzimas são catalisadores poderosos e altamente específicos
8.2 A energia livre é uma função termodinâmica útil para o entendimento das enzimas
8.3 As enzimas aceleram reações, facilitando a formação do estado de transição
8.4 A equação de Michaelis-Menten descreve as propriedades cinéticas de muitas enzimas
8.5 As enzimas podem ser inibidas por moléculas específicas
8.6 As enzimas podem ser estudadas uma molécula de cada vez
9 Estratégias de Catálise
9.1 As proteases facilitam uma reação fundamentalmente difícil
9.2 As anidrases carbônicas aceleram uma reação rápida
9.3 As enzimas de restrição catalisam reações de clivagem do DNA altamente específicas
9.4 As miosinas aproveitam mudanças conformacionais das enzimas para acoplar a hidrólise do ATP ao trabalho mecânico
10 Estratégias de Regulação
10.1 A aspartato transcarbamilase é inibida alostericamente pelo produto final da sua via
10.2 As isozimas fornecem um meio de regulação específica para diferentes tecidos e estágios de desenvolvimento
10.3 A modificação covalente constitui um meio de regular a atividade enzimática
10.4 Muitas enzimas são ativadas por clivagem proteolítica específica
11 Carboidratos
11.1 Os monossacarídios são os carboidratos mais simples
11.2 Os monossacarídios estão ligados entre si para formar carboidratos complexos
11.3 Os carboidratos podem ligar-se às proteínas para formar glicoproteínas
11.4 As lectinas são proteínas que ligam carboidratos específicos
12 Lipídios e Membranas Celulares
12.1 Os ácidos graxos são constituintes essenciais dos lipídios
12.2 Existem três tipos comuns de lipídios de membrana
12.3 Os fosfolipídios e os glicolipídios formam prontamente lâminas bimoleculares em meios aquosos
12.4 As proteínas realizam a maior parte dos processos da membrana
12.5 Os lipídios e muitas proteínas de membrana difundem-se rapidamente no plano da membrana
12.6 As células eucarióticas contêm compartimentos delimitados por membranas internas
13 Canais e Bombas de Membranas
13.1 O transporte de moléculas através de uma membrana pode ser ativo ou passivo
13.2 Duas famílias de proteínas de membrana utilizam a hidrólise do ATP para bombear íons e moléculas através das membranas
13.3 Os transportadores secundários utilizam um gradiente de concentração para abastecer o próximo
13.4 Canais específicos podem rapidamente transportar íons através das membranas
13.6 Canais específicos aumentam a permeabilidade de algumas membranas à água
13.6 Canais específicos aumentam a permeabilidade de algumas membranas à água
14 Vias de Transdução de Sinais
14.1 As proteínas G heterotriméricas transmitem sinais e se restabelecem
14.2 Sinalização da insulina | As cascatas de fosforilação são fundamentais para muitos processos de transdução de sinais
14.3 Sinalização do EGF | As vias de transdução de sinais são preparadas para responder
14.4 Muitos elementos reaparecem com variações em diferentes vias de transdução de sinais
14.5 Defeitos nas vias de transdução de sinais podem levar ao câncer e a outras doenças
Parte 2 Transdução e Armazenamento de Energia
15 Metabolismo | Esboço e Conceitos Básicos
15.1 O metabolismo é composto por muitas reações acopladas e interconectadas
15.2 ATP é a forma universal de energia livre usada pelos sistemas biológicos
15.3 A oxidação de fontes de carbono é um gerador importante de energia celular
16 Glicólise e Gliconeogênese
16.1 A glicólise é uma via de conversão de energia em muitos organismos
16.2 A via glicolítica é rigidamente controlada
16.3 A glicose pode ser sintetizada a partir de precursores não carboidrato
16.4 A gliconeogênese e a glicólise são reguladas reciprocamente
17 Ciclo do Ácido Cítrico
17.1 Piruvato desidrogenase conecta a glicólise ao ciclo do ácido cítrico
17.2 O ciclo do ácido cítrico oxida duas unidades de carbono
17.3 A entrada no ciclo do ácido cítrico e o metabolismo por meio dele são controlados
17.4 O ciclo do ácido cítrico é uma fonte de precursores da biossíntese
17.5 O ciclo do glioxilato possibilita que plantas e bactérias cresçam em acetato
18 Fosforilação Oxidativa
18.1 A fosforilação oxidativa nos eucariotos ocorre nas mitocôndrias
18.2 A fosforilação oxidativa depende da transferência de elétrons
18.3 A cadeia respiratória é constituída por quatro complexos: três bombas de prótons e uma ligação física com o ciclo do ácido cítrico
18.4 Um gradiente de prótons impulsiona a síntese de ATP
18.6 A regulação da respiração celular é dirigida primariamente pela necessidade de ATP
18.6 A regulação da respiração celular é dirigida primariamente pela necessidade de ATP
19 Fotorreações da Fotossíntese
19.1 A fotossíntese ocorre nos cloroplastos
19.2 A absorção de luz pela clorofila induz a transferência de elétrons
19.3 Dois fotossistemas geram um gradiente de prótons e NADPH na fotossíntese oxigênica
19.4 Um gradiente de prótons através da membrana tilacoide impulsiona a síntese de ATP
19.5 Pigmentos acessórios direcionam a energia para os centros de reação
19.6 A capacidade de converter a luz em energia química é antiga
20 Ciclo de Calvin e a Via das Pentoses Fosfato
20.1 O ciclo de Calvin sintetiza hexoses a partir do dióxido de carbono e da água
20.2 A atividade do ciclo de Calvin depende das condições ambientais
20.3 A via das pentoses fosfato gera NADPH e sintetiza açúcares de cinco carbonos
20.4 O metabolismo da glicose 6-fosfato pela via das pentoses fosfato é coordenado com a glicólise
20.5 A glicose 6-fosfato desidrogenase desempenha um papel essencial na proteção contra espécies reativas de oxigênio
21 Metabolismo do Glicogênio
21.1 A degradação do glicogênio requer a interação de várias enzimas
21.2 A fosforilase é regulada por interações alostéricas e por fosforilação reversível
21.3 A epinefrina e o glucagon sinalizam a necessidade de degradação do glicogênio
21.4 O glicogênio é sintetizado e degradado por vias diferentes
21.5 A degradação e a síntese de glicogênio são reguladas de modo recíproco
22 Metabolismo dos Ácidos Graxos
22.1 Os triacilgliceróis são reservas de energia altamente concentradas
22.2 A utilização de ácidos graxos como fonte de energia requer três estágios de processamento
22.3 Os ácidos graxos insaturados e de cadeia ímpar exigem etapas adicionais para a sua degradação
22.4 Os ácidos graxos são sintetizados pela ácido graxo sintase
22.5 O alongamento e a insaturação de ácidos graxos são efetuados por sistemas enzimáticos acessórios
22.6 A acetil-CoA carboxilase desempenha um papel essencial no controle do metabolismo dos ácidos graxos
23 Renovação das Proteínas e Catabolismo dos Aminoácidos
23.1 As proteínas são degradadas a aminoácidos
23.2 A renovação das proteínas é rigorosamente regulada
23.3 A primeira etapa na degradação dos aminoácidos consiste na remoção do nitrogênio
23.4 O íon amônio é convertido em ureia na maioria dos vertebrados terrestres
23.5 Os átomos de carbono dos aminoácidos degradados emergem como intermediários metabólicos importantes
23.6 Os erros inatos do metabolismo podem comprometer a degradação dos aminoácidos
16 Glicólise e Gliconeogênese
16.1 A glicólise é uma via de conversão de energia em muitos organismos
16.2 A via glicolítica é rigidamente controlada
16.3 A glicose pode ser sintetizada a partir de precursores não carboidrato
16.4 A gliconeogênese e a glicólise são reguladas reciprocamente
17 Ciclo do Ácido Cítrico
17.1 Piruvato desidrogenase conecta a glicólise ao ciclo do ácido cítrico
17.2 O ciclo do ácido cítrico oxida duas unidades de carbono
17.3 A entrada no ciclo do ácido cítrico e o metabolismo por meio dele são controlados
17.4 O ciclo do ácido cítrico é uma fonte de precursores da biossíntese
17.5 O ciclo do glioxilato possibilita que plantas e bactérias cresçam em acetato
18 Fosforilação Oxidativa
18.1 A fosforilação oxidativa nos eucariotos ocorre nas mitocôndrias
18.2 A fosforilação oxidativa depende da transferência de elétrons
18.3 A cadeia respiratória é constituída por quatro complexos: três bombas de prótons e uma ligação física com o ciclo do ácido cítrico
18.4 Um gradiente de prótons impulsiona a síntese de ATP
18.6 A regulação da respiração celular é dirigida primariamente pela necessidade de ATP
18.6 A regulação da respiração celular é dirigida primariamente pela necessidade de ATP
19 Fotorreações da Fotossíntese
19.1 A fotossíntese ocorre nos cloroplastos
19.2 A absorção de luz pela clorofila induz a transferência de elétrons
19.3 Dois fotossistemas geram um gradiente de prótons e NADPH na fotossíntese oxigênica
19.4 Um gradiente de prótons através da membrana tilacoide impulsiona a síntese de ATP
19.5 Pigmentos acessórios direcionam a energia para os centros de reação
19.6 A capacidade de converter a luz em energia química é antiga
20 Ciclo de Calvin e a Via das Pentoses Fosfato
20.1 O ciclo de Calvin sintetiza hexoses a partir do dióxido de carbono e da água
20.2 A atividade do ciclo de Calvin depende das condições ambientais
20.3 A via das pentoses fosfato gera NADPH e sintetiza açúcares de cinco carbonos
20.4 O metabolismo da glicose 6-fosfato pela via das pentoses fosfato é coordenado com a glicólise
20.5 A glicose 6-fosfato desidrogenase desempenha um papel essencial na proteção contra espécies reativas de oxigênio
21 Metabolismo do Glicogênio
21.1 A degradação do glicogênio requer a interação de várias enzimas
21.2 A fosforilase é regulada por interações alostéricas e por fosforilação reversível
21.3 A epinefrina e o glucagon sinalizam a necessidade de degradação do glicogênio
21.4 O glicogênio é sintetizado e degradado por vias diferentes
21.5 A degradação e a síntese de glicogênio são reguladas de modo recíproco
22 Metabolismo dos Ácidos Graxos
22.1 Os triacilgliceróis são reservas de energia altamente concentradas
22.2 A utilização de ácidos graxos como fonte de energia requer três estágios de processamento
22.3 Os ácidos graxos insaturados e de cadeia ímpar exigem etapas adicionais para a sua degradação
22.4 Os ácidos graxos são sintetizados pela ácido graxo sintase
22.5 O alongamento e a insaturação de ácidos graxos são efetuados por sistemas enzimáticos acessórios
22.6 A acetil-CoA carboxilase desempenha um papel essencial no controle do metabolismo dos ácidos graxos
23 Renovação das Proteínas e Catabolismo dos Aminoácidos
23.1 As proteínas são degradadas a aminoácidos
23.2 A renovação das proteínas é rigorosamente regulada
23.3 A primeira etapa na degradação dos aminoácidos consiste na remoção do nitrogênio
23.4 O íon amônio é convertido em ureia na maioria dos vertebrados terrestres
23.5 Os átomos de carbono dos aminoácidos degradados emergem como intermediários metabólicos importantes
23.6 Os erros inatos do metabolismo podem comprometer a degradação dos aminoácidos
Parte 3 Síntese das Moléculas da Vida
24 Biossíntese de Aminoácidos
24.1 Fixação do nitrogênio | Os microrganismos utilizam ATP e um poderoso redutor para reduzir o nitrogênio atmosférico a amônia
24.2 Os aminoácidos são produzidos a partir de intermediários do ciclo do ácido cítrico e de outras vias importantes
24.3 A biossíntese de aminoácidos é regulada por inibição por retroalimentação
24.4 Os aminoácidos são precursores de muitas biomoléculas
25 Biossíntese de Nucleotídios
25.1 O anel pirimidínico é montado de novo ou recuperado por vias de recuperação
25.2 As bases purínicas podem ser sintetizadas de novo ou recicladas por vias de recuperação
25.3 Os desoxirribonucleotídios são sintetizados pela redução de ribonucleotídios por meio de um mecanismo de formação de radicais livres
25.4 As etapas essenciais na biossíntese de nucleotídios são reguladas por inibição por retroalimentação
25.5 Os distúrbios no metabolismo de nucleotídios podem causar condições patológicas
26 Biossíntese dos Lipídios e Esteroides da Membrana
26.1 O fosfatidato é um intermediário comum na síntese dos fosfolipídios e triacilgliceróis
26.2 O colesterol é sintetizado a partir da acetilcoenzima A em três estágios
26.3 A regulação complexa da biossíntese de colesterol ocorre em vários níveis
26.4 Os derivados importantes do colesterol incluem sais biliares e hormônios esteroides
27 Integração do Metabolismo
27.1 A homeostasia calórica constitui um meio de regular o peso corporal
27.2 O cérebro desempenha um papel essencial na homeostasia calórica
27.3 O diabetes é uma doença metabólica comum, que frequentemente resulta da obesidade
27.4 O exercício físico altera beneficamente a bioquímica das células
27.5 A ingestão de alimentos e a inanição induzem alterações metabólicas
27.6 O etanol altera o metabolismo energético no fígado
28 Replicação, Reparo e Recombinação do DNA
28.1 A replicação do DNA ocorre pela polimerização de trifosfatos de desoxirribonucleosídios ao longo de um molde
28.2 O desenrolamento e o superespiralamento do DNA são controlados por topoisomerases
28.3 A replicação do DNA é altamente coordenada
28.4 Muitos tipos de dano ao DNA podem ser reparados
28.5 A recombinação do DNA desempenha papéis importantes na replicação, no reparo e em outros processos
29 Síntese e Processamento do RNA
29.1 As RNA polimerases catalisam a transcrição
29.2 A transcrição nos eucariotos é altamente regulada
29.3 Os produtos de transcrição das polimerases eucarióticas são processados
29.4 A descoberta do RNA catalítico foi reveladora em relação ao mecanismo e à evolução
30 Síntese de Proteínas
30.1 A síntese de proteínas requer a tradução de sequências de nucleotídios em sequências de aminoácidos
30.2 As aminoacil-RNA transportador sintetases fazem a leitura do código genético
30.3 O ribossomo constitui o local de síntese de proteínas
30.4 A síntese de proteínas pelos eucariotos difere da síntese procariótica basicamente no início da tradução
30.5 Vários antibióticos e toxinas podem inibir a síntese de proteínas
30.6 Os ribossomos ligados ao retículo endoplasmático fabricam proteínas secretoras e de membrana
31 Controle da Expressão Gênica nos Procariotos
31.1 Muitas proteínas que se ligam ao DNA reconhecem sequências específicas do DNA
31.2 As proteínas procarióticas que se ligam ao DNA conectam-se especificamente a sítios reguladores em óperons
31.3 Circuitos reguladores podem resultar em permuta entre os padrões de expressão gênica
31.4 A expressão gênica pode ser controlada em nível pós-transcricional
32 Controle da Expressão Gênica em Eucariotos
32.1 DNA eucariótico é organizado em cromatina
32.2 Fatores de transcrição ligam-se ao DNA e regulam o início da transcrição
32.3 O controle da expressão gênica pode exigir remodelagem da cromatina
32.4 A expressão gênica eucariótica pode ser controlada em níveis pós-transcricionais
Parte 4 Reação a Alterações Ambientais
33 Sistemas Sensoriais
33.1 Uma ampla variedade de compostos orgânicos é detectada pela olfação
33.2 O paladar é uma combinação de sentidos que funcionam por mecanismos diferentes
33.3 As moléculas fotorreceptoras nos olhos detectam a luz visível
33.4 A audição depende da detecção rápida de estímulos mecânicos
33.5 O tato inclui a percepção de pressão, temperatura e outros fatores
34 Sistema Imunológico
34.1 Os anticorpos são constituídos de unidades distintas de ligação de antígeno e efetoras
34.2 Os anticorpos ligam-se a moléculas específicas por meio de alças hipervariáveis
34.3 A diversidade é gerada por rearranjos gênicos
34.4 As proteínas do complexo principal de histocompatibilidade apresentam antígenos peptídicos na superfície celular para reconhecimento pelos receptores de células T
34.5 O sistema imunológico contribui para a prevenção e o desenvolvimento de doenças humanas
35 Motores Moleculares
35.1 As proteínas motoras moleculares são, em sua maioria, membros da superfamília de NTPase com alça P
35.2 As moléculas de miosina movem-se ao longo de filamentos de actina
35.3 A cinesina e a dineína movem-se ao longo de microtúbulos
35.4 Um motor giratório impulsiona o movimento bacteriano
36 Desenvolvimento de Fármacos
36.1 O desenvolvimento de fármacos é um imenso desafio
36.2 Os candidatos a fármacos podem ser descobertos ao acaso, por triagem ou planejamento
36.3 As análises dos genomas são promissoras para a descoberta de fármacos
36.4 O desenvolvimento de fármacos ocorre em vários estágios
Respostas
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