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As propriedades da luz 1. Luz: Radiação eletromagnética que se propaga em ondas. 2. A luz transporta “pacotes” de energia denominados Fótons. 3. A luz visível corresponde a uma pequena parte do espectro eletromagnético (400 a 700 nm) – luz violeta até vermelha. 4. A energia contida em cada fóton é inversamente proporcional ao comprimento de onda. São substâncias capazes de absorver a luz utilizada na fotossíntese Os pigmentos absorvedores de luz mais importantes nas membranas tilacoides são as clorofilas, pigmentos verdes. Pigmentos fotossintéticos Os carotenoides podem ser de cor amarela, vermelha ou púrpura. b-caroteno, isoprenoide laranja-avermelhado, e o carotenoide amarelo luteína Os pigmentos carotenoides absorvem luz em comprimentos de onda não absorvidos pelas clorofilas Ficobilina é um tipo de pigmento utilizado no processo de fotossíntese de algumas algas, especialmente as vermelhas (ficoeritrinas). Esse pigmento é responsável por captar energia luminosa com radiações em diferentes comprimento de ondas das captadas pelas clorofilas. Função: produção de energia para célula Mitocôndria Cloroplasto A fonte de energia Fonte imediata de energia ATP Fonte imediata de energia glicose A relação entre mitocôndrias e cloroplastos FOTOSSÍNTESE-RESPIRAÇÃO RESPIRAÇÃO CELULAR FOTOSSÍNTESE LOCAL O início acontece no citoplasma, mas o processo se efetua nas mitocôndrias. Cloroplastos FUNÇÃO Produção de energia, armazenada em moléculas de ATP Produção de matéria orgânica, dentre as quais, a glicose e outros carboidratos. EQUAÇÃO C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6H2O + 38 ATP 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O (com luz e clorofila) ETAPAS Glicólise= ocorre no citoplasma (etapa s/ a utilização do oxigênio). Ciclo de Krebs= ocorre na matriz mitocondrial. (etapa s/ a utilização do oxigênio). Cadeia respiratória= ocorre nas cristas mitocondriais. (etapa c/ a utilização do oxigênio). Fase clara ou fotoquímica= ocorre nas membranas dos tilacóides no cloroplasto Fase escura ou química= ocorre no estroma do cloroplasto SUBPRODUTOS DE CADA ETAPA GLICÓLISE: 2 ATPs, 2 NADH2 e 2 C3H4O3 (ácido pirúvico). CICLO DE KREBS: 3 NADH2, 1 FADH2, 1 ATP e 6 CO2 (gás carbônico) CADEIA RESPIRATÓRIA: ATP E ÁGUA FASE CLARA: ATP, NADH2 E OXIGÊNIO (liberado para a atmosfera) FASE ESCURA: CARBOIDRATOS (GLICOSE) PARTICULARIDADES O processo de respiração é composto por duas fases anaeróbicas e uma fase aeróbica; o oxigênio só é utilizado na cadeia respiratória. O oxigênio atmosférico é liberado a partir de um processo denominado fotólise da água. A fase escura só acontece a partir dos produtos da fase clara. OBSERVAÇÕES O outro processo energético é a fermentação, realizado por algumas bactérias e fungos; o saldo energético da fermentação é de 2 ATPs, pois a glicose não é completamente degradada. O outro processo de síntese de carboidratos é a quimiossíntese em que a luz não participa do processo; é realizado por bactérias, que retiram a energia de compostos inorgânicos. O fígado é um grande órgão maciço, com aproximadamente 20 cm de diâmetro, 17 cm de altura e peso médio de 1.4 kg, localizado no quadrante superior direito da cavidade abdominal, logo abaixo do diafragma. Fígado Seu suprimento sanguíneo é feito por duas vias, pela artéria hepática (20- 40%) e pela veia porta (60-80%). O fígado é um órgão tão vascularizado que chega a receber 1.5 litro de sangue por min. Fígado Fígado Tem uma incrível capacidade de se regenerar, sendo ele capaz de retornar ao tamanho normal mesmo após ter mais de 50% do seu volume retirado cirurgicamente. Funções do Fígado Formação e secreção de bile; Armazenamento de glicogênio; Síntese de proteínas do plasma; Excreção de bilirrubina; Imunidade; Síntese de fatores de coagulação; Armazenamento de ferro; Armazenamento de vitaminas; Inativação de compostos endo e exógenos; Degradação de hormônios. Fígado Central metabólica Metabolização dos nutrientes digeridos: Gorduras, proteínas e glicose Metabolização de substâncias tóxicas Destruição de bactérias e outros germes Produção de substâncias essenciais ao organismo Formação e excreção da bile Vesícula Biliar e Glândulas Associadas Relações Anatômicas Regulação da Secreção de Bile Entrada da Bile no Intestino Delgado Estrutura dos Sais Biliares Emulsificação da Gordura Produtos da Digestão de Gorduras/Lipase Digestão Química: Gorduras Oxidação de ácidos graxos para obtenção de energia; Síntese de colesterol, fosfolipídios e lipoproteínas; Síntese de gordura a partir das proteínas e carboidratos. O metabolismo dos carboidratos Armazenamento de glicogênio; Gliconeogênese / glicogenólise; Papel importante na manutenção da glicemia normal. O Metabolismo das Proteínas Desaminação de aminoácidos Amônia (NH3) (obtenção de energia) Formação de uréia para remoção de amônia dos líquidos corporais ciclo da uréia; Síntese de proteínas plasmáticas: albumina, globulinas, fatores de coagulação, dentre outros. Proteínas O processo de digestão quebra as proteínas ingeridas em moléculas chamadas aminoácidos. O fígado é o órgão que decide o destino destes aminoácidos, podendo utilizá-los como fonte de produção de albumina, globulinas, fatores de coagulação, formação de massa muscular, transformação em triglicerídeos (lipogênenese), glicose (glicogênese). Pacientes com doenças graves do fígado apresentam níveis baixos de proteínas no sangue, principalmente albumina. A perda de massa muscular também é comum devido à perda de capacidade de lidar com os aminoácidos recebidos da alimentação. A deficiência de fatores da coagulação faz com que estes pacientes apresentem maior risco de sangramentos. A digestão das proteínas produz aminoácidos, mas também gera a amônia, uma substância tóxica para o organismo. O fígado é o responsável pela metabolização da amônia, transformando-a em ureia, uma substância infinitamente menos tóxica. Pacientes com cirrose e falência hepática perdem a capacidade de metabolizar a amônia, fazendo com que a mesma se acumule no corpo, levando à chamada encefalopatia hepática, um processo de intoxicação dos neurônios. 4. Produção de substâncias essenciais ao organismo Além da produção de proteínas importantes, como albumina e fatores da coagulação, já explicados acima, o fígado também é capaz de produzir, metabolizar e armazenar uma grande diversidade de outras substâncias, como vitaminas e ferro. 5. Destruição de bactérias e outros germes. O fígado possui células de defesas, chamadas células de Kupffer, capazes de eliminar germes e fragmentos de células mortas que passem pelo fígado. A Ação do Álcool no Fígado O álcool pode causar três tipos de lesão hepática: O acúmulo de gordura (fígado gorduroso); A inflamação (hepatite alcóolica); Formaçãode cicatrizes (cirrose). Fornece calorias sem nutrientes essenciais; Diminui o apetite; Causa má absorção dos nutrientes devido aos seus efeitos tóxicos sobre o intestino e o pâncreas; Inibe o ADH (hormônio anti- diurético). Ações do Álcool A Ressaca A Ressaca Intoxicação causada pela ingestão excessiva de álcool aumento de acetaldeído. Principais sintomas: Dor de cabeça; Acidez gástrica; Enjoos e náuseas; Torpor; Boca seca. Como curar a ressaca? Repouso; Hidratação; Alimentação leve. Sempre se alimentar antes da ingestão de bebidas alcóolicas; Beber copos de água entre as bebidas alcóolicas; Se beber, não dirija! Para as próximas... Agora que um composto estranho ao organismo foi ingerido, o que fazer? A eliminação ocorre por dois processos: Eliminação: saída do fármaco do organismo (quimicamente inalterado ou através de seus metabólitos) Eliminação Metabolismo: Conversão enzimática de uma substância em outra dentro do organismo Biotransformação Mecanismos enzimáticos complexos que tem como objetivo inativar compostos endógenos ativos (hormônios, enzimas, neurotransmissores, etc) e eliminar substâncias estranhas ao organismo (xenobióticos). Fármacos Carcinógenos Venenos Pesticidas FÍGADO Metabólito Inativo Metabólito Ativo CYP 450 Desfechos do processo de biotransformação I. Término da ação de uma substância - Detoxificar - Inativar compostos II. Facilitar a excreção - Formar produtos mais polares - Formar produtos menos lipossolúveis III. Ativar - Ativar drogas originalmente inativas - Alterar perfil farmacocinético - Formar metabólitos ativos Conseqüências do metabolismo de drogas Droga Metabólito Enzima Substrato Ativo Inativo ↓ lipossolúvel ↑ excretada maioria Inativo Ativo minoria Tóxico Não-tóxico Não-tóxico Tóxico Ativo Igual, menos ou mais ativo Exemplos de ativação metabólica Metabólitos ativos Ac. Acetilsalicílico → Ác. Salicílico Diazepam → nordazepam + oxazepam Metabólitos tóxicos Isoniazida → Acetominofen Pró-drogas (originalmente inativas) cortisona → hidrocortisona prednisona → predinisolona paration → paraoxon • Sistemas enzimáticos – transformar os compostos ingeridos em substâncias mais polares (mais solúveis em água) – facilitando a eliminação pela urina • O fígado é o principal órgão no metabolismo de drogas • Metabolismo hepático de primeira passagem - é um fenômeno do metabolismo da droga no qual a concentração da droga é significantemente reduzida pelo fígado antes de atingir a circulação sistêmica. Sistema porta-hepático Como o fígado metaboliza as substancias ingeridAs? Metabolismo hepático de primeira passagem • Fração microssomal hepática: fragmentos dos retículos endoplasmáticos Citocromo P450: Complexo sistema de transporte de elétrons envolvidos em reações de óxido-redução. Envolvido nas reações de oxidação da maioria dos fármacos, poluentes, aditivos, alimentos. • Fração solúvel ou citosólica desidrogenases, esterases, amidases e transferases (presentes no citosol ou plasma) • Fração mitocondrial monoaminoxidases (desaminação oxidativa das aminas endógenas) Enzimas do Metabolismo hepático Fase 1 – degradação Oxidação Redução Hidrólise Fase II – síntese ou conjugação Glucoronídeo Sulfato Aminoácidos Acetilação/metilação Fases do metabolismo hepático A biotransformação de fármacos envolve duas fases Fármaco Fase I Produtos conjugados Fase II oxidação redução hidrólise Excreção Final As duas fases do metabolismo de fármacos Reações de Fase I São catabólicas As reações de fase I produzem grupos reativos (e.g. OH, COOH e NH2) que as vezes podem ser mais tóxicos. Esses grupos reativos servem de ponto de ataque para as reações de conjugação. Reações de Fase II São anabólicas (também conhecidas como reação de síntese). Resultam em compostos inativos (exceção: sulfato de minoxidil). As reações oxidativas são de dois tipos: Reações oxidativas não-microssomais Álcool desidrogenase e aldeído desidrogenase Etanol Acetaldeído Acetato Xantina oxidase Hipoxantina → Xantina → Ác. Úrico Monoamino oxidase Metabolismo das catecolaminas e serotonina Reações oxidativas microssomais participação de: - Citocromo P450 - Ferro - NAD (dinucleotídeo nicotinamida adenina) - Flavoproteína - Oxigênio Citocromo P450 - Principal mecanismo para metabolização de produtos endógenos e xenobióticos. - Importante fonte de variabilidade inter-individual no metabolismo de drogas. - Envolvido no mecanismo de interação entre as drogas. - Relacionado a efeitos tóxicos de determinados fármacos Superfamília de enzimas – 12 famílias em humanos (1-12) Subfamílias (1ª, 2B, 2C, 2D..._ Relacionados ao metabolismo de fármacos – CYP1, CYP2, CYP3 Presença de polimorfismo genético Variações alélicas >1% CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19, CYP3A4 Citocromo p450 - cyp Nomenclatura dos Citocromos P450 Exemplo: CYP1A2 CYP1 (família): apresenta homologia > 40% na seqüência de aminoácidos. Existem 14 famílias descritas em humanos CYP1A (subfamília): apresenta homologia > 55%. Existem 30 subfamílias descritas em humanos CYP1A2 (enzima específica). Exemplos de CYP450 Condições fisiológicas – sexo, idade, gestação Genético – etnias, polimorfismos Patologias – insuficiência hepática, IRC, diabetes, insuficiência cardíaca, desnutrição Indução enzimática – aumento da síntese proteica (relacionado às enzimas microssomais); estímulo das enzimas existentes Inibição enzimática – supressão da expressão de CYP, inibição da enzima (competitiva, ou não competitiva) Fatores que afetam a biotransformação Indução (aumento na transcrição de RNAm) Etanol (Sistema Microssomal Enzimático de Oxidação do Etanol) – CYP2E1 Anticonvulsivantes – indução lenta – induz CYP3A, CYP2B Fumaça de cigarro – aumenta CYP1A Inibição desejável Dissulfiram – inibe irreversivelmente a aldeído desidrogenase MAO – inibição reversível, aumenta as monoaminas (antidepressivos) Inibição indesejável – intoxicação por carbamatos e organofosforados – inibe acetilcolinesterase Fatores que afetam a biotransformação Indutores: São compostos que induzem a atividade de enzimas do CYP450, portanto aumentam a velocidade da excreção de xenobióticos. Dessa maneira, a biodisponibilidade é menor. Na presença de um INDUTOR: Aumenta a atividade da enzima CYP Aumenta a velocidade do metabolismo do substrato Aumenta a velocidade de excreção Diminui a concentração do substrato no sangue Metabolismo de Xenobióticos Acetimidoquinona é uma molécula instável que deve se reduzir para se estabilizar. Sua redução é obtida pela oxidação de um outro composto (GLUTATIONA). Quando a glutationa se esgota, lipídios da membrana celular são oxidados, causando lise celular ACETOMINOFENO ACETILBENZOQUINONA CYP 2E1 CITOTOXICIDADE Ex. formacao de compostos reativos Mas quem é a glutationa? Calma! Antes de conhecer a glutationa, vamos estudar um pouco de estresse oxidativo Radicais Livres Radicais são espécies ou conjunto de átomos ligados entre si e que apresenta um ou mais elétrons livres (valências livres); podem ser representados genericamente por R . Os principais radicais ou grupos orgânicos podem ser obtidos a partir dos hidrocarbonetos. • A presença dos radicais livres é crítica para a manutenção de muitas funções fisiológicas normais; • Células específicas do nosso sistema imunológico liberam radicais livres para combater corpos estranhos presentes em nosso organismo, como uma forma de defesa; • Os radicais livres podem ser gerados no citoplasma, nas mitocôndrias ou na membrana das células Radicais livres em sistemas biológicos No organismo, os radicais livres encontram- se envolvidos na produção de: Energia; Fagocitose; Regulação do crescimento celular; Sinalização intercelular; Síntese de substâncias biológicas. Os radicais livres podem ser gerados no citoplasma, nas mitocôndrias ou na membrana. Como são espécies extremamente instáveis, eles podem atacar alvos celulares diversos com o objetivo de estabilizarem sua estrutura molecular. Nas últimas décadas, foram realizadas inúmeras pesquisas para esclarecer o papel dos radicais livres em processos fisiopatológicos como: Radicais livres em sistemas biológicos Elétrons desemparelhad os • Atacam outras moléculas para “roubar” elétrons • Tornarem estáveis Elétrons desemparelhad os • Reação em cadeia • Danos ao organismo Atacar moléculas • Lipídios • Proteínas • Carboidratos • Ácidos Nucleicos(DNA e RNA) Principais fontes de radicais livres no organismo: Cadeia respiratória Fagocitose Reações envolvendo ferro e outros metais de transição Exercícios físicos Quando respiramos nossas células produzem radicais derivados do metabolismo do oxigênio; Produção normal; Excesso causa problemas. Radicais livres em sistemas biológicos • Os radicais livres estão implicados na gênese e no agravamento de inúmeras doenças, como por exemplo: • Aterosclerose; • Câncer; • Doenças articulares; • Doenças cardiovasculares; • Alergias; • Catarata; • Doenças crônicas em geral • Próprio envelhecimento. Radicais livres do oxigênio Reação orgânica que ocorre quando o sistema antioxidante do nosso organismo não é capaz de neutralizar a ação deletéria dos RL nas células. Helmut Sies eStresse Oxidativo Estudos científicos fornecem evidências consistentes de que a lesão oxidativa é a maior causa de Envelhecimento e etiologia e fisiopatologia de diversas doenças degenerativo - crônicas. carjalorto@yahoo.com Lesão oxidativa eStresse Oxidativo Radicais Livres e teoria do envelhecimento Denham Harman, M.D. ,Ph.D. (1954) Envelhecimento ocorre quando as células são permanentemente lesadas por continuo ataque de particulas químicas conhecidas como Radicais Livres. São as mais importantes fontes endógenas de Radicais Livres DNA Mitocondrial é mais sensível à oxidação. Alteração do DNA mitocondrial e sua disfunção irreversível contribuem para o processo de envelhecimento. Teoria do envelhecimento Mitocondrial São agentes responsáveis pela inibição e redução das lesões causadas pelos radicais livres nas células. Podem agir diretamente na neutralização da ação dos radicais livres ou participar indiretamente de sistemas enzimáticos. Uma ampla definição de antioxidante é “qualquer substância que, presente em baixas concentrações quando comparada a do substrato oxidável, atrasa ou inibe a oxidação deste substrato de maneira eficaz” Dentre os antioxidantes temos diversas vitaminas e minerais, podendo estes também ser encontrados em alimentos com pequenas. Formação de espécies reativas de oxigênio excede a capacidade antioxidante celular Pode haver a geração de uma condição conhecida como estresse oxidativo Cujos resultados podem ser bastante danosos às células. Estresse Oxidativo É consequência de um desbalanço entre produção e eliminação das espécies reativas de oxigênio, podendo se dar tanto pelo aumento na formação destas espécies quanto pela queda na capacidade antioxidante celular. O estresse oxidativo tem sido freqüentemente relacionado às fases de iniciação e promoção do processo de carcinogênese. As enzimas antioxidantes, dependentes de Selênio e Zinco, que antagonizam esse processo estão em níveis baixos nas células tumorais Estresse Oxidativo X Desenvolvimento do Câncer Há na literatura evidências de que a deficiência de Selênio é um fator importante de predisposição no desenvolvimento de tumores. Dados epidemiológicos também mostraram que o Selênio pode interagir com as vitaminas “A” e “E’ na prevenção do desenvolvimento de tumores e na terapia da Síndrome de Imunodeficiência Adquirida (AIDS) Durante o processo de evolução, os organismos vivos desenvolveram mecanismos de defesa eficientes a fim de combater a ação deletéria das espécies reativas de oxigênio (ERO). As lesões causadas pelos radicais livres nas células podem ser prevenidas ou reduzidas por meio da atividade de antioxidantes. As EROs, São continuamente formadas em pequenas quantidades pelos processos normais do metabolismo. Com isso todas as células possuem mecanismos para mitigar seus efeitos agressores. Geralmente, o organismo tem um mecanismo protetor para controlar a oxidação, mas às vezes este mecanismo pode falhar ou se tornar impotente. Os radicais livres reagem com DNA,RNA, proteínas e outras substancias oxidáveis, provocando danos.Os antioxidantes agem interagindo com moléculas biológicas,evitando que ocorra as reações em cadeia ou prevenindo a ativação do oxigênio a produtos altamente reativos. O primeiro mecanismo de defesa contra os radicais livres é impedir a sua formação, principalmente pela inibição das reações em cadeia com o ferro e o cobre. Outro mecanismo de proteção é o reparo das lesões causadas pelos radicais. O sistema de defesa antioxidante esta dividido em enzimáticos e não enzimático Superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa redutase (GR), glutationa peroxidase, coenzima Q10 e melatonia Os antioxidantes exógenos, oriundos da adoção de uma dieta saudável, composta de todos os nutrientes essenciais para o bom desempenho orgânico. Os fitoterápicos e dietoterápicos atuam em duas linhas de combate: proteger as células e aniquilar os radicais livres. Interação de compostos bioativos com outros antioxidantes potencializando seus efeitos. Existem algumas situações onde é necessário a ativação do sistema de defesa antioxidante entre elas destacamos: *Processo de envelhecimento *Algumas doenças *Exercício físico intenso das defesas antioxidante com a idade No sistema de reparo queelimina proteínas oxidadas. Ainda há poucos estudos O exercício físico intenso induz a formação excessiva de espécies reativas de oxigênio Causando danos celulares prejudicando o desempenho do atleta Pacientes com doenças graves radicais livres micronutrientes antioxidantes. A deficiência de vitaminas e minerais associados com aumento de doenças degenerativas • É um antioxidante hidrossolúvel, reconhecido como o tiol não proteico mais importante nos sistemas vivos. • Existe, na maioria das células, em concentrações compreendidas entre 1 e 8 mM, estando, geralmente, na sua maior quantidade no fígado. Ao nível extracelular a concentração de glutationa é da ordem de 5-50 μM. Glutationa • Pode ser encontrada na forma reduzida (GSH) ou oxidada (GSSG, forma dimerizada da GSH). • A importância deste par é tal que a razão GSH/GSSG é normalmente utilizada para estimar o estado redox dos sistemas biológicos. • Em situações normais a GSSG representa apenas uma pequena fração da glutationa total (menos de 10%). • A GSH pode, no entanto, também formar dissulfuretos do tipo GSSR com o tiol da cisteína presente em proteínas. glutationa glutationa • Na metabolização do peróxido de hidrogênio (H2O2), e de outros peróxidos, como cofator da glutationa peroxidase; • Na metabolização de xenobióticos como cofator da glutationa-S-transferase; • Na desativação de radicais livres. • No metabolismo do ácido ascórbico • Na manutenção da comunicação entre as células • Na prevenção da oxidação dos grupos tióis das proteínas • No transporte de cobre intracelular Glutationa - função As glutationas S-transferases (GSTs), compreendem uma família de enzimas multifuncionais que catalisam o ataque nucleofílico da forma reduzida da glutationa (GSH) a compostos que apresentam um carbono, um nitrogênio ou um átomo de enxofre eletrofílico Geralmente possuem 2 sítios ativos, um específico para a GSH e outro com menos especificidade para eletrófilos Glutationa s-transferase Glutationa s-transferase GST citossólica enzimas solúveis GST mitocondrial enzimas solúveis GST microssomal enzimas associadas às membranas, envolvidas no metabolismo dos eicosanoides e da glutationa Glutationa s-transferase - famílias Glutationa transferases participam das etapas do catabolismo de aminoácidos, como fenilalanina e tirosina Em animais, através de várias etapas, entre elas, reações de oxidação e isomerização, o colesterol é convertido em hormônios esteroidais, como testosterona e progesterona A lipoperoxidação resulta na formação de eletrófilos, quesã o altamente genotóxicos e sua formação excessiva pode ser controlada pela ação de GSTs Metabolismo de compostos endógenos De fato, foi demonstrado que GSTs promovem a adição conjugada da glutationa (GSH) à acroleína, crotonaldeído e à outros aldeídos α,β-insaturados que possuem de 6 a 15 átomos de carbono As glutationa transferases evolutivamente representam um mecanismo de defesa da célula, porém também podem ser utilizadas pela célula na inativação de fármacos Metabolismo de compostos endógenos Metabolismo dos xenobióticos e a GST Ver exemplo do paracetamol Estas Reações são sempre benéficas?