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5.2: Reações: favoráveis, desfavoráveis ​​e suas dinâmicas - Biologia

5.2: Reações: favoráveis, desfavoráveis ​​e suas dinâmicas - Biologia



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Como veremos, os sistemas biológicos são extremamente complexos; tanto seus elementos estruturais gerais quanto muitos de seus componentes moleculares (incluindo DNA) são produtos de processos e reações termodinamicamente desfavoráveis. Aqui, consideraremos a termodinâmica desses processos.

Pensando sobre energia: a termodinâmica é fundamental para a energia e as mudanças na energia. Isso leva à questão não trivial: o que é energia? A energia vem em muitas formas. Existe energia associada ao movimento e vibrações de objetos com massa. No nível atômico e molecular, há energia associada ao estado (quântico) dos elétrons. Há energia associada a campos que dependem da natureza de um objeto (por exemplo, sua massa ou carga elétrica) e sua posição dentro do campo. Existe a energia associada à radiação eletromagnética, a forma mais familiar é a luz visível, mas a radiação eletromagnética se estende das microondas aos raios-X. Por fim, existe a energia que está presente na própria natureza da matéria, tal energia é descrita pela equação:

e (energia) = m (massa) x c2 (c = velocidade da luz)

Para ilustrar esse princípio, podemos recorrer às nossas experiências do dia a dia. A energia pode ser usada para fazer algo se mover. Imagine o sistema de uma caixa assente em um chão áspero. Você empurra a caixa para que ela se mova e então para de empurrar - a caixa viaja uma curta distância e então para. A primeira lei da termodinâmica é que a energia total em um sistema é constante. Portanto, a questão é para onde foi a energia? Uma resposta pode ser que a energia foi destruída. Isto está errado. Observações cuidadosas nos levam a deduzir que a energia ainda existe, mas foi transformada. Uma mudança óbvia é a transformação da energia de uma força mecânica em alguma outra forma, então quais são essas outras formas? É improvável que a massa da caixa tenha aumentado, então temos que olhar para formas mais sutis - o mais provável é o calor. O atrito gerado pela movimentação da caixa representa um aumento nos movimentos das moléculas da caixa e do piso sobre o qual a caixa se moveu. Por meio de colisões e vibrações, essa energia será, com o tempo, distribuída por todo o sistema. Esse movimento térmico pode ser visto no que é conhecido como movimento browniano. Em 1905, Albert Einstein explicou o movimento browniano em termos da existência, tamanho e movimentos das moléculas148.

No sistema que estamos considerando, a energia concentrada usada para mover a caixa foi espalhada por todo o sistema. Embora se possa usar o impulso para mover algo (para trabalhar), a termoenergia difusa não pode ser usada para fazer trabalho. Enquanto a quantidade total de energia é conservada, sua capacidade de fazer coisas foi diminuída (quase abolida). Isso envolve o conceito de entropia, que veremos a seguir.


TET2 mutação é um fator de prognóstico desfavorável em pacientes com leucemia mieloide aguda com citogenética de risco intermediário

Wen-Chien Chou, Sheng-Chieh Chou, Chieh-Yu Liu, Chien-Yuan Chen, Hsin-An Hou, Yuan-Yeh Kuo, Ming-Cheng Lee, Bor-Sheng Ko, Jih-Luh Tang, Ming Yao, Woei Tsay , Shang-Ju Wu, Shang-Yi Huang, Szu-Chun Hsu, Yao-Chang Chen, Yi-Chang Chang, Yi-Yi Kuo, Kuan-Ting Kuo, Fen-Yu Lee, Ming-Chi Liu, Chia-Wen Liu , Mei-Hsuan Tseng, Chi-Fei Huang, Hwei-Fang Tien TET2 mutação é um fator prognóstico desfavorável em pacientes com leucemia mieloide aguda com citogenética de risco intermediário. Sangue 2011 118 (14): 3803–3810. doi: https://doi.org/10.1182/blood-2011-02-339747


5.2: Reações: favoráveis, desfavoráveis ​​e suas dinâmicas - Biologia

O potencial de membrana bacteriana é dinâmico, com capacidade de hiperpolarização e despolarização.

A dinâmica do potencial de membrana bacteriana medeia a sinalização nos níveis de célula única e biofilme.

A eletrofisiologia bacteriana é diferente da eletrofisiologia neural por causa do tamanho das bactérias e de sua estrutura de membrana.

Técnicas foram desenvolvidas e utilizadas para medir o potencial de membrana bacteriana quantitativa e temporalmente.

Todas as membranas celulares têm a funcionalidade de gerar e manter os gradientes de potenciais elétricos e eletroquímicos. Esses potenciais eram geralmente considerados um contribuinte essencial, mas homeostático, para comportamentos bacterianos complexos. Estudos recentes revisaram essa visão e agora sabemos que o potencial da membrana bacteriana é dinâmico e desempenha papéis de sinalização na interação célula-célula, adaptação a antibióticos e sensação das condições e ambientes celulares. Essas descobertas argumentam que a dinâmica do potencial da membrana bacteriana merece mais atenção. Aqui, revisamos os estudos recentes que revelam os papéis de sinalização da dinâmica do potencial da membrana bacteriana. Também introduzimos teorias biofísicas básicas do potencial de membrana para a comunidade microbiológica e discutimos a necessidade de revisar essas teorias para aplicações em eletrofisiologia bacteriana.


Resultados

Diversidade genética e propriedades populacionais

Coletamos dados de re-sequenciamento de DNA para algodões de 1961 para uma análise de variação genômica com uma profundidade média de

14,8 × para cada [3,4,5,6, 16, 33, 34]. Depois de descartar acessos duplicados, um total de 1.913 acessos de algodão foram usados ​​para análise SNP e InDel, que incluiu 256 G. hirsutum raças locais (Ghlandraces), 438 melhorado G. hirsutum cultivares dos EUA e de outros países (GhImpUSO), 929 melhoradas G. hirsutum cultivares da China (GhImpCHN), 261 G. barbadense acessos, e 29 outros Gossypium espécies que foram usadas como grupo externo (arquivo adicional 1: Tabela S1). Nós alinhamos esses dados com o genoma de referência de G. hirsutum acc. “TM-1” [12] e identificou 63.084.975 SNPs e 12.354.432 pequenas inserções ou deleções (comprimento de InDels ≤ 20 bp), em que o conjunto de dados de variação principal inclui 19.246.497 SNPs e 4.815.125 InDels com uma frequência de alelo menor (MAF) ≥ 0,01 e mais mais de cinco acessos com variações homozigóticas (Tabela 1 Arquivo adicional 1: Tabelas S2-S6 Arquivo adicional 3). Com base nos dados principais do SNP, investigamos a estrutura da população de G. hirsutum e G. barbadense. A análise da árvore de união de vizinhos mostrou que os 1913 acessos são classificados em 12 clados. G. hirsutum acessos formam 8 clados, G. barbadense acessos formam 3 clados, e outras espécies formam 1 clado (Fig. 1a Arquivo adicional 2: Figura S1). A análise da população mostrou que G. barbadense acessos foram separados do G. hirsutum Landraces, GhImpUSO e GhImpCHN (Fig. 1b, c Arquivo adicional 2: Figura S2). G. hirsutum diversidade de nucleotídeos (π) é estimado em 1,07 × 10 - 3 em raças locais, 3,74 × 10 - 4 em GhImpUSO, 3,34 × 10 - 4 em GhImpCHN e 1,01 × 10 - 3 em G. barbadense (Arquivo adicional 2: Figura S3), semelhante aos estudos recentes em algodão [3,4,5,6, 34] (Fig. 1d).

Estrutura populacional e diversidade genética em G. hirsutum e G. barbadense acessões. uma A árvore filogenética de união de vizinhos não ponderada de 1913 acessos de algodão foi construída com base em 20.000 SNPs aleatórios de SNPs centrais. o G. tomentosum (DE ANÚNCIOS3), G. mustelinum (DE ANÚNCIOS4), G. darwinii (DE ANÚNCIOS5), G. ekmanianum (DE ANÚNCIOS6), G. stephensii (DE ANÚNCIOS7) de espécies tetraplóides, G. arboreum (UMA2) e G. davidsonii (D3-d) de espécies diplóides servem como grupo externo. b Gráfico de análise de componentes principais (PCA) dos dois primeiros componentes para todos os acessos. c Análise da ESTRUTURA de todos os acessos de algodão com diferentes números de cachos K = 6 e K = 12 (K = 12 é o valor ideal). o x-axis lista as espécies do grupo externo (cinza), G. barbadense (azul), G. hirsutum acessos de raça (laranja), e G. hirsutum acessos melhorados (verde), respectivamente, e o y-eixo quantifica a diversidade genética em cada acesso. Os outros resultados da estrutura são mostrados no arquivo Adicional 2: Figura S2. d Diversidade de nucleotídeos (π) e divergência de índice de fixação (Fst) nos cinco grupos. e O número de deleções, duplicações, inversões e translocações em cinco populações (teste de soma de postos de Wilcoxon bilateral para grupos adjacentes, P & lt 0,001). Cada nó representa um acesso. Nesta análise, o número de SVs foi mostrado com o genoma de referência TM-1

Usamos 742 acessos de algodão com uma profundidade de sequenciamento alta (& gt 10 ×) contra o G. hirsutum Genoma de referência “TM-1” (Arquivo adicional 1: Tabela S1 Arquivo adicional 3) e identificou 32.099 deleções, 7576 duplicações, 1112 inversões e 357 translocações (Arquivo adicional 1: Tabela S7). Existem mais SVs em Ghlandrace do que os grupos GhImpUSO e GhImpCHN (Fig. 1e). Além disso, 173.166 (MAF ≥ 0,01) variações de número de cópias (CNVs) foram identificadas nos 742 acessos, incluindo 82.431 nas raças locais, 59.309 no GhImpUSO e 38.057 no grupo GhImpCHN (Arquivo adicional 1: Tabela S8). Propriedades genéticas populacionais de CNVs em 742 acessos mostraram que G. hirsutum as raças locais foram claramente separadas dos acessos melhorados, semelhante ao resultado baseado em SNP, mas foram agrupadas junto com os acessos GhImpUSO e GhImpCHN (arquivo adicional 2: Figura S4). Esses resultados sugeriram que CNVs de alta confiança têm forte divergência entre G. hirsutum raça local e população melhorada e pode ser usado para descobrir loci de características quantitativas complexas (QTLs). Este abrangente conjunto de dados de variomas fornece um recurso genômico para a genética de populações de algodão, análise de domesticação e identificação de alelos agronômicos (arquivo adicional 2: Figura S5).

Evidência de divergência genômica durante a domesticação e melhoramento

As características relacionadas à domesticação surgem da variação genética selecionada em espécies selvagens, afetando o tamanho da semente, tempo de floração, rendimento, qualidade e adaptação à cultura [35,36,37]. Para identificar sinais de seleção potenciais durante a domesticação do algodão, varremos as variações genéticas com diferenciação de frequência de alelo na diversidade de nucleotídeos, comparando cada grupo cultivado com seu grupo selvagem correspondente. Identificamos 76 regiões de varredura de domesticação (DSRs) usando πLandrace/ πMelhorou (razão ≥ 15) e um método de verossimilhança (XP-CLR, Top 5%) (Arquivo adicional 2: Figura S6a), ocupando 66,8 Mb no subgenoma A e 51,4 Mb no subgenoma D associado a 837 e 1272 genes, incluindo 274 pares de genes homólogos (Fig. 2a). Comparado com estudos anteriores com pequeno número de acessos [3,4,5], esta análise de seleção de domesticação identificou 31 novos DSRs ocupando 43,6 Mb (arquivo adicional 1: Tabela S9). Alguns genes domesticados e relacionados à fibra foram expressos diferencialmente entre raças selvagens / tradicionais e cultivares melhoradas (Arquivo adicional 2: Figura S6b, c). Os genes selecionados para domesticação estavam envolvidos na resposta ao estresse, regulação da parede celular, ácido jasmônico, etileno e processo do ritmo circadiano (Arquivo adicional 2: Figura S7). A manipulação adicional desses genes na via do hormônio vegetal e na via de resposta ao estresse pode ajudar a ilustrar seu papel regulador putativo na melhoria da qualidade da fibra e adaptação ambiental durante a domesticação do algodão [3, 38, 39]. Também identificamos 120 Mb (πGhImpUSO/ πGhImpCHN ≥ 2) com sinais de melhoria, incluindo 1006 genes selecionados no subgenoma A e 2369 no subgenoma D com 353 pares de genes homólogos (Fig. 2a Arquivo adicional 2: Figura S6d), e 79,5% (95,4 Mb) das regiões de seleção de melhoria não foram identificados anteriormente [5] (Arquivo adicional 1: Tabela S10). Digno de nota é a observação de que 19 Mb de sequência foi rastreado com sinais de seleção de domesticação e melhoria, em que o subgenoma D (441 genes) tem mais genes do que o subgenoma A (50 genes) (Arquivo adicional 1: Tabela S11). Esses dados sugerem que o subgenoma D tem sinais de seleção baseados em SNP mais fortes em ambos os processos de domesticação e melhoria.

Variação em múltiplas escalas para divergência subgenômica e GWAS em características agronômicas durante a domesticação do algodão. uma O gráfico Circos mostra os sinais de seleção baseados em SNP e SV e QTLs durante a domesticação e melhoria do algodão. A região de seleção foi calculada em uma janela deslizante de 1 Mb com um tamanho de etapa de 200 kb. I – VIII, Circos traçam de fora para faixas intermediárias mostrando densidade gênica (I), snpQTLs (II), cnvQTLs (III), a razão de diversidade de nucleotídeos (π) com base em SNPs entre 256 raças locais e 1364 acessos melhorados para domesticação (IV ), a razão de diversidade de nucleotídeos (π) com base em SNPs entre 438 acessos GhImpUSO e 929 acessos GhImpCHN para melhoria (V), a diferença relativa do alelo SV nas comparações entre raça tradicional e acessos melhorados (VI), e entre GhImpUSO e GhImpCHN ( VII). A pista (VIII) representa o homólogo domesticado. Os painéis superior e inferior (VI) representam a diferença de alelos de variação de deleção e duplicação, respectivamente. Os snpQTLs foram identificados usando a análise meta-GWAS de 890 acessos de algodão. O círculo mais externo do circo traça a fonte roxa e amarela mostra snpQTLs pleiotrópicos (psnpQTLs) e cnvQTLs pleiotrópicos (pcnvQTLs), respectivamente. bi Sinais seletivos de variações do número de cópias (CNVs) entre os A (b) e D (f) subgenoma durante a domesticação. As linhas horizontais tracejadas cinza mostram o limite do sinal de domesticação com a razão da diversidade de nucleotídeos entre os acessos selvagens / locais e melhorados de algodão (πraça tradicional/ πMelhorou & gt 200). c – e e g – eu Seis acertos GWAS baseados em CNV que se sobrepuseram aos sinais de seleção de domesticação são mostrados para o índice de semente (SI) (c), comprimento da fibra (FL) (d), peso da cápsula (BW) (e), uniformidade da fibra (FU) (g), alongamento da fibra (FE) (h), e data de floração (FD) (eu) O limite da linha cnvQTL era -log10 P = 4,4. O gráfico do violino mostrou variação fenotípica com o genótipo CNV principal. Os números no gráfico do violino mostram o número de acessos para cada cópia. A diferença de significância foi calculada com o teste de soma de postos de Wilcoxon bilateral (**P & lt 0,01, *P & lt 0,05)

A domesticação é um driver para a diferença de frequência do alelo CNV entre grupos selvagens / locais e domesticados [37]. No total, 286 regiões não redundantes baseadas em CNV foram identificadas com sinais de seleção durante a domesticação do algodão, compreendendo 297 Mb no subgenoma A (Fig. 2b) e 105 Mb no subgenoma D (Fig. 2f). Cerca de 55% (65 Mb de 118 Mb) dos sinais de domesticação baseados em SNP se sobrepuseram a varreduras de domesticação baseadas em CNV (Arquivo adicional 1: Tabela S12). No total, 217 regiões CNV foram identificadas com sinais de seleção de melhoria, compreendendo 156 Mb no subgenoma A e 133 Mb no subgenoma D. Cerca de 44% (52 Mb de 120 Mb) dos sinais de melhoria baseados em SNP se sobrepuseram aos sinais de melhoria baseados em CNV (Arquivo adicional 1: Tabela S13). No total, identificamos 329 Mb (cobrindo 6339 genes) de sequências no subgenoma A e 127 Mb (4955 genes) no subgenoma D com sinais de domesticação baseados em SNP e CNV. Um total de 173 Mb (5526 genes) e 184 Mb (8405 genes) de sequências apresentam sinais de melhoria nos subgenomas A e D. A identificação de sinais de seleção durante a domesticação e melhoramento pode facilitar a identificação de loci genéticos de características agronômicas importantes.

Para identificar QTLs para sinais de seleção associados a características agronômicas, conduzimos um estudo de associação do genoma (GWAS) meta-análise de 890 G. hirsutum acessos de três casos experimentais independentes com vários ambientes (arquivo adicional 3) [3, 5, 6]. Usando os dados genotípicos de 2.291.437 SNPs de alta qualidade com MAF ≥ 0,05 em 890 acessos, identificamos 2.952 SNPs significativos (0,05 / 2.291.437 P & lt 2,18 × 10 - 8) associado a características relacionadas à qualidade da fibra. Após a filtragem rigorosa, 91 principais QTLs relacionados à fibra foram localizados, incluindo 11 para comprimento da fibra (FL), 17 para alongamento da fibra (FE), 15 para resistência da fibra (FS), 19 para uniformidade do comprimento da fibra (FU), 10 para fibra micronaire (FM), 7 para maturidade da fibra (MAT) e 12 para índice de consistência de fiação (SCI) (Arquivo adicional 1: Tabela S14 e Arquivo adicional 2: Figura S8). Também identificamos 31 QTLs relacionados à produção e 3 QTLs relacionados à data de florescimento (FD). No total, 125 QTLs principais com 4751 genes candidatos para 15 características agronômicas foram identificados, nos quais 78 eram consistentes com estudos anteriores [3, 5, 6, 15, 40, 41] e os outros 47 foram detectados recentemente na meta-análise ( Arquivo adicional 1: Tabela S14). Nos 125 QTLs, 14 têm sinais de seleção durante a domesticação e melhoria (arquivo adicional 1: Tabela S15). Além disso, vinte e um loci QTL mostraram efeitos pleiotrópicos na qualidade da fibra, produção e data de floração (Fig. 2a Arquivo adicional 1: Tabela S16). Por exemplo, porcentagem de fiapos (LP), peso da fibra por cápsula (FWPB) e índice de fiapos (LI) são componentes da característica de produção, com os principais QTLs co-localizados no cromossomo D02 (Arquivo adicional 2: Figura S9a). O LP, FD e período de crescimento total (WGP) para características de tempo de floração têm QTLs colocalizados no cromossomo D03 (Arquivo adicional 2: Figura S9b).

Nós nos concentramos em novos QTLs relacionados ao alongamento da fibra que foram identificados no meta-GWAS. Um novo QTL (mqFE253) foi localizado no cromossomo D05 (em 11,3-12,5 Mb da região genômica). Os 64 genes candidatos foram previstos pela integração da análise de haplótipos, expressão gênica e anotação funcional (arquivo adicional 2: Figura S10). Um gene candidato (Ghir_D05G013680, GhIDD7), que codifica um fator de transcrição de domínio indeterminado 7, foi diferencialmente expresso em quatro estágios de desenvolvimento de fibra (arquivo adicional 2: Figura S10f). Acessos representando dois haplótipos principais da região 5 ′ UTR mostraram uma diferença significativa no alongamento e comprimento da fibra (Arquivo adicional 2: Figura S11a-b). Após o nocaute de GhIDD7, a fibra madura era significativamente mais curta do que nas plantas de tipo selvagem (25,8 ± 0,3 vs. 27,1 ± 0,1) (Arquivo adicional 2: Figura S11c, d, e). Esses resultados indicaram que GhIDD7 foi um gene anteriormente não caracterizado, contribuindo para o traço relacionado à qualidade da fibra.

Análise GWAS de 26.831 CNVs de alta confiança (MAF ≥ 0,05) em 419 G. hirsutum acessos revelaram 370 CNVs significativos para 50 QTLs (cnvQTLs) (Arquivo adicional 1: Tabela S17), dos quais 5 mostraram efeitos pleiotrópicos na qualidade da fibra e rendimento de fiapos (Fig. 2a). Treze cnvQTLs sobrepostos a QTLs baseados em SNP (snpQTLs) e os outros 37 cnvQTLs são identificados apenas por CNVs. Destes cnvQTLs, 15 sobrepostos com varreduras de domesticação e 10 sobrepostos com sinais de seleção de melhoria (Arquivo adicional 1: Tabela S18). Os dados fenotípicos exibem uma diferença significativa em acessos de algodão com diferentes números de cópias de CNV de chumbo (Fig. 2c – e, g – i Arquivo adicional 2: Figura S12). Por exemplo, uma associação de índice de semente (SI) com sinal de domesticação foi identificada no cromossomo A06 (Fig. 2c). Uma associação de comprimento de fibra (FL) com sinal de domesticação foi localizada no cromossomo A10, e FL com 2 cópias de duplicação foi significativamente maior do que com 0 alelo de cópia (referência) (P & lt 0,01) (Fig. 2d). A principal região LD envolvida com CNV tem 78 genes codificadores candidatos, nos quais alguns estão envolvidos no desenvolvimento da fibra do algodão, como UDP-glicose pirofosforilase 3 (Ghir_A10G024310, UGP3) e fator de transcrição semelhante a AP2 / B3 (Ghir_A10G023950) Outro exemplo mostra uma associação de maturidade da fibra (MAT) com o sinal de seleção de melhoria localizada no cromossomo A12 (Arquivo adicional 2: Figura S13a, b, c). Esta associação tem um gene candidato que codifica endotransglucosilase / hidrolase 5 de xiloglucano (Ghir_A12G008500, XTH5) No subgenoma D, três cnvQTLs com sinais de seleção fortes foram encontrados associados a FD, FWPB e FS nos cromossomos D03, D06 e D07 (Arquivo adicional 2: Figura S13d, e, f, g). Estes resultados fornecem uma série de candidatos cnvQTL que podem ser aplicados para cultivar características desejáveis ​​em cruzamentos futuros.

Pan-genomas de G. hirsutum e G. barbadense espécies

Usamos uma abordagem de montagem guiada por referência [21] para construir pan-genomas de G. hirsutum e G. barbadense. Os dados de sequenciamento de 1581 G. hirsutum (251 raças locais, 424 GhImpUSO e 906 GhImpCHN) e 226 G. barbadense acessos melhorados foram alinhados aos genomas de referência “TM-1” e “3-79”, respectivamente [12]. Cerca de 5800 milhões de leituras não mapeadas de G. hirsutum e 1127 milhões de leituras não mapeadas de G. barbadense foram submetidos à montagem de novo (Arquivo Adicional 2: Figura S14, S15), produzindo 5.047.083.790 bp e 1.517.253.311 bp de sequência contig respectivamente, com um comprimento mínimo de 500 bp (Arquivo Adicional 1: Tabela S19). Após a remoção das redundâncias, sequências de não referência de 3704 Mb e 1422 Mb com um contig N50 de 1530 bp (G. hirsutum) e 1108 bp (G. barbadense) passou em todas as etapas de filtragem para os genomas não de referência finais (Arquivo adicional 1: Tabela S20). As sequências finais de 1041 Mb e 309 Mb não de referência em G. hirsutum e G. barbadense com um comprimento de contig de mais de 1000 bp foram usados ​​para prever genes codificadores de proteínas (arquivo adicional 2: Figura S16). Obtivemos 32.569 G. hirsutum genes (65.679 transcrições) e 8851 G. barbadense genes (12.076 transcrições) (arquivo adicional 1: Tabelas S21-S22). O final G. hirsutum pan-genoma (Ghpan-genoma) é 3388 Mb com 102.768 genes (2347 Mb com 70.199 genes no genoma de referência "TM-1") e G. barbadense (Gbpan-genoma) tem 2575 Mb com 80.148 genes (2.266 Mb com 71.297 genes no genoma de referência “3-79”) (arquivo adicional 2: Figura S17).

A cobertura do genoma Ghpan foi investigada usando leituras PacBio de 10 acessos representativos, incluindo G. hirsutum yucatanense, G. hirsutum richmondi, G. hirsutum morrilli das raças selvagens / locais, o Acala, Paymaster 54, Stoneville 2B do grupo GhImpUSO e Simian 3, CRI 7, Xinluzao 42 e Xuzhou 142 do grupo GhImpCHN (Arquivo adicional 1: S23-S25 Arquivo adicional 2: Figura S18 ) Após a montagem de novo (arquivo adicional 3), mais de 93% dos contigs montados foram mapeados para o genoma de referência TM-1. Aproximadamente 18,9 Mb de contigs não mapeados (um total de 641 Mb de contigs de 10 acessos que não foram mapeados no genoma de referência TM-1) foram alinhados às sequências de não referência de 1581 G. hirsutum acessos (o comprimento médio da sequência sem referência é

655 kb 1041 Mb / 1581 Mb). Os conjuntos baseados em PacBio fornecem evidências para sequências de genoma não-referência em G. hirsutum, indicando que nosso pipeline de construção de pan-genoma pode recuperar PAVs em uma grande população de germoplasma. Alguns PAVs de alta frequência também foram verificados por PCR em 23 acessos representativos (Arquivo adicional 2: Figura S19).

Para o G. hirsutum população, mapeamos leituras de re-sequenciamento contra 102.768 genes pan, o que resultou em 17.100 genes (16,64%, singleton) em 561 acessos (profundidade de sequenciamento & lt 5) e 85.667 genes em 1.020 acessos (profundidade & gt 5). O 1020 G. hirsutum acessos incluem 63.489 genes centrais compartilhados por todos G. hirsutum acessos, 5941 (5,78%) genes softcore em 990–1019 acessos (97–100%), 3803 (3,7%) genes shell em 11–989 acessos (1–97%) e 12.434 (12,1%) nuvens em menos de 10 acessos (0–1%) (Fig. 3a, b). Para o G. barbadense pan-genoma, os 1536 genes singleton ocorreram apenas em 49 acessos de baixa profundidade. Usamos 78.612 genes pan que ocorreram em 177 acessos para análise posterior de PAV. O 177 G. barbadense acessos incluem 68.789 (85,8%) genes principais, 1796 (2,24%) genes softcore em 172-176 acessos (97-100%), 5867 (7,32%) genes de casca em 4-171 acessos (2-97%) e 2160 (2,75%) nuvens em menos de 3 acessos (0–2%) (Fig. 3c, d). A modelagem do tamanho do pan-genoma com amostragem iterativamente aleatória sugere que o Ghpan-genoma tem uma média de 81.688 genes pan e uma média de 65.595 genes centrais em 398 acessos (Fig. 3e). O genoma Gbpan tem uma média de 78.607 genes pan e 69.563 genes centrais em 59 acessos para modelagem de saturação (Fig. 3f). Portanto, o tamanho do genoma central diminuiu e o pan-genoma aumentou com o aumento do tamanho da população. A análise GO mostrou que os genes centrais estavam envolvidos no processo metabólico celular e no desenvolvimento, enquanto os genes variáveis ​​estavam envolvidos na “resposta de defesa”, “resposta ao estresse” e “transdução de sinalização na adequação do ambiente” (Arquivo adicional 2: Figura S20).

Pan-genomas de G. hirsutum e G. barbadense espécies. uma Número do gene e frequência de presença em G. hirsutum genes pan. O gráfico de pizza corresponde aos genes core (presente em todos os acessos), softcore, shell e nuvem. Os genes singleton em acessos de baixa profundidade (& lt 5) foram excluídos para análise posterior de PAV. Os genes variáveis ​​são divididos em genes de referência e não-referência no arquivo adicional 2: Figura S17. b 1020 G. hirsutum mapa de calor dos acessos mostrou presença e ausência de PAVs variáveis. c Número do gene e frequência de presença em G. barbadense genes pan. d 177 G. barbadense mapa de calor dos acessos mostrou presença e ausência de PAVs variáveis. e, f Curva de saturação modelando o aumento do tamanho do pan-genoma e diminuição do tamanho do núcleo do genoma em 1020 G. hirsutum (e) e 177 G. barbadense (f) A barra de erro foi calculada com base em 1000 combinações aleatórias com cinco réplicas de genomas de algodão. As bordas superior e inferior em roxo e vermelho representam o número máximo e mínimo de genes. As linhas sólidas representam o número de genes pan e genes centrais

Em seguida, investigamos as características genômicas dos genes centrais e variáveis ​​entre o subgenoma A e D. Genes centrais têm níveis de expressão mais elevados do que genes variáveis ​​em ambos G. hirsutum e G. barbadense (Arquivo adicional 2: Figura S21). Curiosamente, os genes variáveis ​​subgenômicos A têm níveis de expressão mais elevados do que os genes subgenômicos D (Fig. 4a). Genes variáveis ​​têm uma probabilidade de inserção de TE adjacente (2 kb) maior do que os genes principais, especialmente para o cigano classe (arquivo adicional 2: Figura S22). Os genes variáveis ​​no subgenoma D têm uma proporção mais alta do que aqueles no subgenoma A (Fig. 4b). A análise de seleção evolutiva mostrou que mais genes variáveis ​​foram submetidos à seleção positiva do que genes centrais em ambos G. hirsutum e G. barbadense, especialmente no subgenoma D (Fig. 4c). Além disso, os genes variáveis ​​têm uma diversidade de nucleotídeos maior do que os genes principais, e mais genes variáveis ​​no subgenoma D têm uma diversidade maior (P & lt 0,001) (Fig. 4d Arquivo adicional 2: Figura S23). Esses dados indicaram que os genes variáveis ​​subgenômicos D tiveram uma taxa evolutiva mais rápida do que os genes subgenômicos A.

Comparação de genes centrais e variáveis ​​em subgenomas A e D. uma Níveis de expressão de genes centrais e variáveis ​​em G. hirsutum e G. barbadense. Os genes softcore são representados por "Soft". b Razão da frequência de inserção do elemento transponível (TE) em 2 kb a montante do núcleo e genes variáveis ​​nos subgenomas A e D. c Razão de não-sinônimo / sinônimo (Kuma/Ks) mutações de genes centrais e variáveis. d Diversidade SNP de genes centrais e variáveis. A comparação da expressão gênica, TE e diversidade SNP entre os genes centrais e variáveis ​​foi realizada usando um teste de Kolmogorov-Smirnov bilateral (*P & lt 0,05, **P & lt 0,01, ***P & lt 0,001)

Seleção de PAV durante a domesticação e melhoria

Para estabelecer a paisagem de PAVs seletivos entre a raça tradicional e o algodão melhorado, comparamos a frequência de PAV entre os grupos da raça tradicional, GhImpUSO e GhImpCHN. O grupo da raça local tem genes mais variáveis ​​do que cultivares melhoradas, sugerindo uma tendência geral de perda de genes durante a domesticação do algodão (Fig. 5a). A análise de PCA e filogenética de PAVs sugere que o grupo de variedades locais foi separado do grupo de cultivares melhoradas (Fig. 5b, c). As raças locais originárias da América nativa tinham uma mistura de população com algodão cultivado americano na composição genética, consistente com a análise de agrupamento de SNPs de alta confiança (Arquivo adicional 2: Figura S24). Para controlar a taxa de falsos positivos, oito raças locais e trinta e quatro acessos GhImpUSO em uma estrutura populacional mista com origem incerta foram excluídos da análise posterior.

Sinais de seleção de PAV durante a domesticação e melhoramento do algodão. uma Número do gene entre G. hirsutum raça local e acessos melhorados. O teste de soma de postos de Wilcoxon (P & lt 0,001) foi usado para as estatísticas significativas. b Análise de PCA de 1020 acessos com base em PAVs shell. c Árvore filogenética de máxima verossimilhança e estrutura populacional com número diferente de clusters (K = 2, 3 e 4) em 1020 G. hirsutum acessos usando 3803 PAVs shell. A estrutura da população é classificada de acordo com a árvore filogenética. d, e Comparação da frequência significativa da presença de genes entre a raça tradicional contra o grupo GhImpUSO (domesticação) e o grupo GhImpUSO contra GhImpCHN (melhoria) (FDR & lt 0,001, teste exato de Fisher bilateral). f Números de genes favoráveis ​​e desfavoráveis ​​durante a domesticação e melhoramento. g, h PAV presença freqüência de genes favoráveis ​​e desfavoráveis ​​durante a domesticação e melhoramento. eu j Análise de enriquecimento GO do gene favorável (eu) e gene desfavorável (j) ganho e perda durante a domesticação e melhoria

Para identificar genes relacionados ao PAV com sinais de seleção durante a domesticação e melhoramento, realizamos duas comparações entre 182 raças locais e 206 acessos GhImpUSO usando a frequência de presença de genes variáveis, para "domesticação" (Fig. 5d Arquivo adicional 2: Figura S25), e entre 206 acessos GhImpUSO e 592 GhImpCHN para “melhoria” (Fig. 5e). Os genes com uma mudança significativa de frequência de presença (FDR & lt 0,001 e mudança de frequência de dobra & gt 2 para "gene desfavorável" ou & lt 0,5 para "gene favorável") foram considerados como genes selecionados. Genes com maior frequência de presença na raça local do que no GhImpUSO, e maior frequência de presença no GhImpUSO do que no GhImpCHN foram potencialmente "genes desfavoráveis", enquanto os genes com padrões reversos de frequência de presença eram "genes favoráveis". Identificamos 2.785 e 7.867 genes favoráveis ​​com ganho de alelo e 6.753 e 3.866 genes desfavoráveis ​​com perda de alelo durante a domesticação e melhoria, respectivamente (Arquivo adicional 1: Tabelas S26, S27). A análise de enriquecimento GO mostrou que genes favoráveis ​​foram enriquecidos no processo relacionado à oxidação-redução, enquanto genes desfavoráveis ​​foram enriquecidos na biossíntese de ácidos graxos e regulação gênica. Os genes favoráveis ​​e desfavoráveis ​​foram divididos em quatro comparações de acordo com a frequência de presença em três grupos durante a domesticação e melhoramento (Fig. 5f). A seleção contínua de 337 genes favoráveis ​​com sinais de domesticação e melhoria podem ser candidatos de elite para reprodução, enquanto 308 genes desfavoráveis ​​exibindo frequências de presença mais baixas no grupo GhImpCHN representam alelos de perda (Fig. 5g Arquivo adicional 1: Tabela S28). Genes mais desfavoráveis ​​do que favoráveis ​​foram eliminados durante o melhoramento do algodão (Fig. 5h). Genes de ganho favorável participaram do transporte transmembrana e processo de redução da oxidação, enquanto genes de perda favorável envolvidos na cadeia de transporte de elétrons e processo metabólico secundário (Fig. 5i, j). Genes de ganho desfavoráveis ​​não tiveram processo significativamente enriquecido durante o melhoramento (Fig. 5j). Essas análises mostraram que muitos genes desfavoráveis ​​foram perdidos durante a domesticação e consideráveis ​​genes favoráveis ​​foram retidos durante o processo de melhoramento.

Genes para características relacionadas usando conjunto de dados pan-genoma

Com base nos dados acima, propomos um gráfico de resumo para a seleção natural, domesticação e melhoramento do algodão (Fig. 6a). Identificamos cerca de 456 Mb (19,4% do genoma de referência montado) e 357 Mb (15,2%) de sequências com sinais de domesticação e melhoria, por meio dos mapas SNP, CNV e PAV integrados (arquivo adicional 1: Tabela S29). Existem 21.169 genes localizados em regiões de domesticação, alguns dos quais demonstraram estar envolvidos na regulação da data de floração, morfologia e desenvolvimento de fibras. Para a data de floração, um pico significativo de GWAS no cromossomo D03 tem dois genes candidatos que codificam um COP1proteína -interativa [6] (CIPI, Ghir_D03G008950) e uma proteína semelhante a CONSTANS [42] (COL2, Ghir_D03G011010), que são necessários para a mudança de adaptação no algodão tradicional a variedades cultivadas em diferentes áreas geográficas com diferentes fotoperíodos. Uma investigação mais aprofundada de alelos SNP causais mostra que os alelos ancestrais são distribuídos principalmente em variedades locais, com frequências de alelos mais baixas em cultivares melhoradas (Fig. 6b). Da mesma forma, descobrimos que as raças locais e os grupos melhorados exibiram diferenciação de alelos em IDENTIDADE DE MERISTEMA ATRASADA 1 [43] (LMI1, Ghir_D01G021810) que regula as formas das folhas e no gene básico da proteína hélice-alça-hélice GRF (Ghir_A12G025340) que é um gene candidato para QTL glandular do algodão [44] (Fig. 6b). Alguns genes responsáveis ​​pelo desenvolvimento da fibra que sofreram domesticação e seleção de melhoramento também foram detectados pela análise de diferenciação geográfica. KCS2 (Ghir_D10G015750) e CesA6 (Ghir_D03G004880), responsáveis ​​pelo alongamento da fibra [45,46,47,48], foram submetidos à domesticação e seleção de melhorias (Fig. 6b). O gene de domesticação PRF3 (Ghir_D13G021640) tem um alelo fortemente mutado em cultivares melhoradas [49].

Um conjunto de dados pan-genoma disponível para cultivo de algodão. uma Um modelo de variação de quatro etapas durante a domesticação e melhoramento do algodão. b O espectro de frequências de alelos de genes nos polimorfismos SNP causais de COL2, CIP1, PRF3, LMI1, GRF, KCS2, e CesA6 em raças locais e dois grupos geográficos. c O espectro de frequências de alelos de PAV domesticados de sete genes em raças e dois grupos geográficos. d Um exemplo de PAV funcional localizado no cromossomo A08. A linha tracejada no gráfico de Manhattan indica o limite para os sinais GWAS (P & lt 2,62 × 10 - 8 −log P & gt 7.6). Este locus inclui quatro QTLs (porcentagem de fibra (LP), peso da fibra por cápsula (FWPB), micronaire da fibra (FM), resistência da fibra (FS)). e Quatro QTLs foram exibidos em um painel de acessos múltiplos. As duas linhas tracejadas representam os limites GWAS para CNV (−log P & gt 6.45) e SNP (−log P & gt 4,42), respectivamente. f a diferença fenotípica entre os grupos de presença e ausência. Os números abaixo dos gráficos do violino mostram os números de acesso. A diferença de significância foi calculada com um teste de soma de postos de Wilcoxon bilateral (***P & lt 0,001, **P & lt 0,01). g Frequências de presença de Ghir_A08G006710 em 182 Landrace, 206 GhImpUSO e 592 GhImpCHN acessos

A análise pan-genoma revelou alelos gênicos favoráveis ​​e desfavoráveis ​​durante a domesticação e melhoramento, fornecendo novos genes candidatos para investigação funcional (Fig. 5). Para genes favoráveis ​​à seleção de melhoramento do algodão, SCD (desidrogenase de cadeia curta, GhirPan.00056999), ST (transportador de açúcar, GhirPan.00054328), e RbfA (fator de ligação ao ribossomo A, GhirPan.00033905) têm a frequência mais baixa na população selvagem e a mais alta em cultivares domesticadas (Fig. 6c Arquivo adicional 2: Figura S26). Alguns genes favoráveis ​​exibindo diminuição de frequência no processo de melhoramento poderiam ser eliminados (308 genes), tendo quase a mesma frequência alélica entre acessos silvestres e cultivados, como DXS (desoxixilulose-5-fosfato sintase, Ghir_Scaffold1882G000030) e COX3 (subunidade 3 da citocromo oxidase, Ghir_Scaffold1273G00008) Genes desfavoráveis ​​durante a domesticação apresentaram frequência aumentada (182 genes) ou diminuída (5405 genes) no grupo GhImpCHN, como RLP9 (receptor como a proteína 9, Ghir_D13G022380) e ZBD (Desidrogenase de ligação ao zinco, GhirPan.00044196) (Fig. 6c).

Para determinar a contribuição de PAV para características agronômicas, identificamos SNPs associados a PAVs para 1196 PAVs (MAF ≥ 0,02) em 415 acessos (4 acessos foram descartados de 419) usando 1.904.926 SNPs e obtivemos 56.486 SNPs significativos (P & lt 2,62 × 10 - 8) associado a 864 (72,2%) PAVs. Destes PAVs, 124 foram sobrepostos com 89 trait-QTLs (Arquivo adicional 1: Tabela S30 Arquivo adicional 2: Figura S27). Um PAV representativo (Ghir_A08G006710, 543 pb, um gene não caracterizado em G. hirsutum) está localizado no cromossomo A08 (Fig. 6d, Arquivo adicional 2: Figura S28). Esta região de ponto de acesso continha dois QTLs relacionados ao rendimento (LP, FWPB) e dois QTLs relacionados à qualidade da fibra (FM, FS) (Fig. 6e). Esses acessos com o haplótipo de presença desse gene mostraram um aumento significativo no aparecimento de características LP e FWPB do que aqueles com o haplótipo de ausência, mas nenhuma diferença para as características FS e FM (Fig. 6f).Outras análises de frequência de presença mostraram que Ghir_A08G006710 estava presente em quase todos os acessos de raça local e GhImpUSO, mas estava ausente em apenas alguns acessos de GhImpCHN (Fig. 6g). Curiosamente, nos dados de RNA-Seq da população de 15 fibras DPA [15], a ausência deste gene em 18 acessos foi acompanhada por expressão baixa significativa de um gene adjacente Ghir_A08G006730 (localizando a montante

61 kb, que codifica uma proteína da família de reguladores transcricionais AUX / IAA) em comparação com aquela que representa a presença deste gene em 233 acessos, suportada pela alteração do conteúdo de IAA nas fibras de acessos representativos (arquivo adicional 2: Figura S29, S30). Esses resultados implicaram que esse gene representou um evento de perda recente com um papel regulador potencial na expressão de outros genes durante o melhoramento do algodão. Essas análises de localização de PAV e QTL podem melhorar a eficiência da identificação de genes favoráveis ​​associados a características agronômicas desejáveis.


  • Dedicação
  • Sobre os autores
  • Prefácio
  • Agradecimentos
  • Parte I. O Design Molecular da Vida
    • Capítulo 1. Prelúdio: Bioquímica e a Revolução Genômica
      • 1.1. DNA ilustra a relação entre forma e função
        • 1.1.1. O DNA é construído a partir de quatro blocos de construção
        • 1.1.2. Duas fitas simples de DNA se combinam para formar uma dupla hélice
        • 1.1.3. O RNA é um intermediário no fluxo de informações genéticas
        • 1.1.4. Proteínas, codificadas por ácidos nucléicos, executam a maioria das funções celulares
        • 1.3.1. Interações reversíveis de biomoléculas são mediadas por três tipos de ligações não covalentes
        • 1.3.2. As propriedades da água afetam as habilidades de ligação das biomoléculas
        • 1.3.3. Entropia e as Leis da Termodinâmica
        • 1.3.4. O dobramento de proteínas pode ser entendido em termos de mudanças na energia livre
        • Renderizações estereoquímicas
        • Projeções Fischer
        • Termos chave
        • 2.1. As principais moléculas orgânicas são usadas por sistemas vivos
          • 2.1.1. Muitos componentes de macromoléculas bioquímicas podem ser produzidos em reações pré-bióticas simples
          • 2.1.2. Incertezas obscurecem as origens de algumas biomoléculas importantes
          • 2.2.1. Os princípios da evolução podem ser demonstrados in vitro
          • 2.2.2. Moléculas de RNA podem atuar como catalisadores
          • 2.2.3. Aminoácidos e seus polímeros podem desempenhar funções biossintéticas e catalíticas
          • 2.2.4. A síntese de polipeptídeo dirigida por modelo de RNA liga os mundos de RNA e proteínas
          • 2.2.5. O Código Genético Elucida os Mecanismos de Evolução
          • 2.2.6. RNAs de transferência ilustram evolução por duplicação de genes
          • 2.2.7. DNA é uma forma de armazenamento estável de informações genéticas
          • 2.3.1. ATP, uma moeda comum para energia bioquímica, pode ser gerada por meio da decomposição de moléculas orgânicas
          • 2.3.2. As células foram formadas pela inclusão de ácidos nucléicos dentro das membranas
          • 2.3.3. Compartimentação necessária para o desenvolvimento de bombas de íons
          • 2.3.4. Gradientes de prótons podem ser usados ​​para conduzir a síntese de ATP
          • 2.3.5. O oxigênio molecular, um subproduto tóxico de alguns processos fotossintéticos, pode ser utilizado para fins metabólicos
          • 2.4.1. Estruturas filamentosas e motores moleculares permitem o movimento intracelular e celular
          • 2.4.2. Algumas células podem interagir para formar colônias com funções especializadas
          • 2.4.3. O desenvolvimento de organismos multicelulares requer a diferenciação orquestrada de células
          • 2.4.4. A Unidade da Bioquímica permite que a biologia humana seja efetivamente investigada por meio de estudos de outros organismos
          • As principais moléculas orgânicas são usadas por sistemas vivos
          • A evolução requer reprodução, variação e pressão seletiva
          • As transformações de energia são necessárias para sustentar sistemas vivos
          • As células podem responder a mudanças em seus ambientes
          • Termos chave
          • Onde começar
          • Livros
          • Química pré-biótica
          • Evolução in vitro
          • Replicação e RNA catalítico
          • Transição de RNA para DNA
          • Membranas
          • Organismos multicelulares e desenvolvimento
          • 3.1. As proteínas são construídas a partir de um repertório de 20 aminoácidos
          • 3.2. Estrutura primária: os aminoácidos são ligados por ligações peptídicas para formar cadeias polipeptídicas
            • 3.2.1. Proteínas têm sequências de aminoácidos exclusivas que são especificadas por genes
            • 3.2.2. As cadeias polipeptídicas são flexíveis, embora conformacionalmente restritas
            • 3.3.1. A Alpha Helix é uma estrutura em espiral estabilizada por ligações de hidrogênio intracadeia
            • 3.3.2. As folhas beta são estabilizadas pela ligação de hidrogênio entre as fitas polipeptídicas
            • 3.3.3. As cadeias polipeptídicas podem mudar de direção ao fazer curvas e voltas reversas
            • 3.6.1. Os aminoácidos têm diferentes propensões para formar hélices alfa, folhas beta e voltas beta
            • 3.6.2. O dobramento de proteínas é um processo altamente cooperativo
            • 3.6.3. Proteínas dobram por estabilização progressiva de intermediários, em vez de por pesquisa aleatória
            • 3.6.4. A previsão da estrutura tridimensional a partir da sequência continua sendo um grande desafio
            • 3.6.5. A modificação e clivagem de proteínas conferem novas capacidades
            • As proteínas são construídas a partir de um repertório de 20 aminoácidos
            • Estrutura primária: os aminoácidos são ligados por ligações peptídicas para formar cadeias polipeptídicas
            • Estrutura secundária: cadeias polipeptídicas podem se dobrar em estruturas regulares, como a hélice alfa, a folha beta e curvas e loops
            • Estrutura terciária: proteínas solúveis em água dobram-se em estruturas compactas com núcleos não polares
            • Estrutura quaternária: cadeias polipeptídicas podem se reunir em estruturas multissubunidades
            • A sequência de aminoácidos de uma proteína determina sua estrutura tridimensional
            • Termos chave
            • Ionização de Água
            • Definição de ácido e base
            • Definição de pH e pK
            • Equação de Henderson-Hasselbalch
            • Amortecedores
            • pKuma Valores de Aminoácidos
            • Problema de mídia
            • Onde começar
            • Livros
            • Conformação de proteínas
            • Hélices alfa, folhas beta e loops
            • Domínios
            • Dobramento de proteínas
            • Modificação covalente de proteínas
            • Gráficos moleculares
            • 4.1. A purificação das proteínas é um primeiro passo essencial para compreender sua função
              • 4.1.1. O ensaio: como reconhecemos a proteína que procuramos?
              • 4.1.2. As proteínas devem ser liberadas da célula para serem purificadas
              • 4.1.3. As proteínas podem ser purificadas de acordo com a solubilidade, tamanho, carga e afinidade de ligação
              • 4.1.4. As proteínas podem ser separadas por eletroforese em gel e exibidas
              • 4.1.5. Um esquema de purificação de proteína pode ser avaliado quantitativamente
              • 4.1.6. A ultracentrifugação é valiosa para separar biomoléculas e determinar suas massas
              • 4.1.7. A massa de uma proteína pode ser determinada com precisão por espectrometria de massa
              • 4.2.1. As proteínas podem ser especificamente clivadas em pequenos peptídeos para facilitar a análise
              • 4.2.2. As sequências de aminoácidos são fontes de muitos tipos de percepção
              • 4.2.3. A tecnologia de DNA recombinante revolucionou o sequenciamento de proteínas
              • 4.3.1. Anticorpos para proteínas específicas podem ser gerados
              • 4.3.2. Anticorpos monoclonais com praticamente qualquer especificidade desejada podem ser prontamente preparados
              • 4.3.3. As proteínas podem ser detectadas e quantificadas usando um ensaio de imunossorvente ligado a enzima
              • 4.3.4. Western Blotting permite a detecção de proteínas separadas por eletroforese em gel
              • 4.3.5. Marcadores fluorescentes tornam possível a visualização de proteínas na célula
              • 4.5.1. A espectroscopia de ressonância magnética nuclear pode revelar as estruturas das proteínas em solução
              • 4.5.2. Cristalografia de raios-X revela estrutura tridimensional em detalhes atômicos
              • A purificação das proteínas é uma etapa essencial na compreensão de sua função
              • Sequências de aminoácidos podem ser determinadas por degradação automatizada de Edman
              • A imunologia fornece técnicas importantes para investigar proteínas
              • Os peptídeos podem ser sintetizados por métodos automatizados de fase sólida
              • A estrutura tridimensional da proteína pode ser determinada por espectroscopia de NMR e cristalografia de raios-X
              • Termos chave
              • Capítulo Problemas de integração
              • Problemas de interpretação de dados
              • Onde começar
              • Livros
              • Purificação e análise de proteínas
              • Ultracentrifugação e espectrometria de massa
              • Cristalografia de raios X e espectroscopia
              • Anticorpos monoclonais e moléculas fluorescentes
              • Síntese química de proteínas
              • 5.1. Um ácido nucléico consiste em quatro tipos de bases vinculadas a uma espinha dorsal de açúcar-fosfato
                • 5.1.1. RNA e DNA diferem no componente de açúcar e uma das bases
                • 5.1.2. Nucleotídeos são as unidades monoméricas de ácidos nucléicos
                • 5.2.1. A dupla hélice é estabilizada por ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas
                • 5.2.2. A dupla hélice facilita a transmissão precisa de informações hereditárias
                • 5.2.3. A dupla hélice pode ser derretida reversivelmente
                • 5.2.4. Algumas moléculas de DNA são circulares e superenroladas
                • 5.2.5. Ácidos nucleicos de cadeia simples podem adotar estruturas elaboradas
                • 5.3.1. A polimerase de DNA catalisa a formação de ligação de fosfodiéster
                • 5.3.2. Os genes de alguns vírus são feitos de RNA
                • 5.4.1. Vários tipos de RNA desempenham papéis-chave na expressão gênica
                • 5.4.2. Todo o RNA celular é sintetizado por polimerases de RNA
                • 5.4.3. Polimerases de RNA obtêm instruções de modelos de DNA
                • 5.4.4. A transcrição começa perto dos sites do promotor e termina nos sites do Terminator
                • 5.4.5. O RNA de transferência é a molécula adaptadora na síntese de proteínas
                • 5.5.1. Principais Características do Código Genético
                • 5.5.2. O RNA mensageiro contém sinais de início e parada para síntese de proteínas
                • 5.5.3. O código genético é quase universal
                • 5.6.1. Processamento de RNA gera RNA maduro
                • 5.6.2. Muitos exons codificam domínios de proteínas
                • Um ácido nucléico consiste em quatro tipos de bases vinculadas a uma espinha dorsal de açúcar-fosfato
                • Um par de cadeias de ácido nucléico com sequências complementares pode formar uma estrutura em dupla hélice
                • O DNA é replicado por polimerases que recebem instruções de modelos
                • A expressão gênica é a transformação da informação do DNA em moléculas funcionais
                • Aminoácidos são codificados por grupos de três bases a partir de um ponto fixo
                • A maioria dos genes eucarióticos são mosaicos de íntrons e exons
                • Termos chave
                • Capítulo Problemas de integração
                • Problema de mídia
                • Onde começar
                • Livros
                • Estrutura do DNA
                • Replicação de DNA
                • Descoberta de RNA mensageiro
                • Código genético
                • Íntrons, exons e genes divididos
                • Reminiscências e relatos históricos
                • 6.1. As ferramentas básicas de exploração genética
                  • 6.1.1. Enzimas de restrição dividem o DNA em fragmentos específicos
                  • 6.1.2. Fragmentos de restrição podem ser separados por eletroforese em gel e visualizados
                  • 6.1.3. O DNA é normalmente sequenciado por término controlado de replicação (método Sanger Dideoxi)
                  • 6.1.4. Sondas e genes de DNA podem ser sintetizados por métodos automatizados de fase sólida
                  • 6.1.5. Seqüências de DNA selecionadas podem ser amplamente amplificadas pela reação em cadeia da polimerase
                  • 6.1.6. PCR é uma técnica poderosa em diagnóstico médico, análise forense e evolução molecular
                  • 6.2.1. Enzimas de restrição e ligase de DNA são ferramentas essenciais na formação de moléculas de DNA recombinante
                  • 6.2.2. Plasmídeos e fago lambda são vetores escolhidos para clonagem de DNA em bactérias
                  • 6.2.3. Genes específicos podem ser clonados a partir de digestões de DNA genômico
                  • 6.2.4. Longos trechos de DNA podem ser analisados ​​de maneira eficiente pela caminhada cromossômica
                  • 6.3.1. DNA complementar preparado a partir de mRNA pode ser expresso em células hospedeiras
                  • 6.3.2. Os níveis de expressão gênica podem ser examinados de forma abrangente
                  • 6.3.3. Novos genes inseridos em células eucarióticas podem ser expressos com eficiência
                  • 6.3.4. Animais transgênicos abrigam e expressam genes que foram introduzidos em suas linhas germinativas
                  • 6.3.5. A interrupção do gene fornece pistas para a função do gene
                  • 6.3.6. Plasmídeos indutores de tumor podem ser usados ​​para introduzir novos genes em células vegetais
                  • 6.4.1. Proteínas com novas funções podem ser criadas por meio de mudanças direcionadas no DNA
                  • 6.4.2. A tecnologia do DNA recombinante abriu novas perspectivas
                  • As ferramentas básicas de exploração genética
                  • A tecnologia do DNA recombinante revolucionou todos os aspectos da biologia
                  • Manipulando os genes dos eucariotos
                  • Novas proteínas podem ser projetadas por mutagênese específica do local
                  • Termos chave
                  • Capítulo Problema de Integração
                  • Problema de integração e análise de dados do capítulo
                  • Problema de interpretação de dados
                  • Onde começar
                  • Livros sobre tecnologia de DNA recombinante
                  • Seqüenciamento e síntese de DNA
                  • Reação em cadeia da polimerase (PCR)
                  • Arranjos de DNA
                  • Introdução de genes em células animais
                  • Engenharia genética de plantas
                  • 7.1. Os homólogos descendem de um ancestral comum
                  • 7,2 A análise estatística de alinhamentos de sequência pode detectar homologia
                    • 7.2.1. A significância estatística dos alinhamentos pode ser estimada por embaralhamento
                    • 7.2.2. Relacionamentos evolutivos distantes podem ser detectados por meio do uso de matrizes de substituição
                    • 7.2.3. Bancos de dados podem ser pesquisados ​​para identificar sequências homólogas
                    • 7.3.1. A estrutura terciária é mais conservada do que a estrutura primária
                    • 7.3.2. O conhecimento das estruturas tridimensionais pode auxiliar na avaliação dos alinhamentos de sequência
                    • 7.3.3. Motivos repetidos podem ser detectados alinhando sequências com eles mesmos
                    • 7.3.4. Evolução convergente: soluções comuns para desafios bioquímicos
                    • 7.3.5. A comparação de sequências de RNA pode ser uma fonte de insights sobre estruturas secundárias
                    • 7.5.1. DNA antigo às vezes pode ser amplificado e sequenciado
                    • 7.5.2. A evolução molecular pode ser examinada experimentalmente
                    • Os homólogos descendem de um ancestral comum
                    • A análise estatística de alinhamentos de sequência pode detectar homologia
                    • O exame da estrutura tridimensional aprimora nossa compreensão dos relacionamentos evolutivos
                    • Árvores evolucionárias podem ser construídas com base em informações de sequência
                    • Técnicas modernas tornam possível a exploração experimental da evolução
                    • Termos chave
                    • Problema de mídia
                    • Livro
                    • Alinhamento de sequência
                    • Comparação de estrutura
                    • Detecção de domínio
                    • Árvores evolucionárias
                    • DNA antigo
                    • Evolução em laboratório
                    • Sites
                    • 8,1 As enzimas são catalisadores poderosos e altamente específicos
                      • 8.1.1. Muitas enzimas requerem cofatores para a atividade
                      • 8.1.2. Enzimas podem transformar energia de uma forma para outra
                      • 8.1.3. As enzimas são classificadas com base nos tipos de reações que catalisam
                      • 8.2.1. A mudança de energia livre fornece informações sobre a espontaneidade, mas não a taxa de uma reação
                      • 8.2.2. A mudança padrão de energia livre de uma reação está relacionada à constante de equilíbrio
                      • 8.2.3. As enzimas alteram apenas a taxa de reação e não o equilíbrio da reação
                      • 8.3.1. A formação de um complexo enzima-substrato é a primeira etapa da catálise enzimática
                      • 8.3.2. Os locais ativos das enzimas têm algumas características comuns
                      • 8.4.1. O significado de KM e Vmax Valores
                      • 8.4.2. Perfeição cinética na catálise enzimática: o kgato/KM Critério
                      • 8.4.3. A maioria das reações bioquímicas inclui vários substratos
                      • 8.4.4. Enzimas alostéricas não obedecem à cinética de Michaelis-Menten
                      • 8.5.1. Inibições competitivas e não competitivas são cineticamente distintas
                      • 8.5.2. Inibidores irreversíveis podem ser usados ​​para mapear o local ativo
                      • 8.5.3. Análogos do estado de transição são inibidores potentes de enzimas
                      • 8.5.4. Os anticorpos catalíticos demonstram a importância da ligação seletiva do estado de transição para a atividade enzimática
                      • 8.5.5. A penicilina inativa irreversivelmente uma enzima chave na síntese da parede celular bacteriana
                      • 8.6.1. As vitaminas solúveis em água funcionam como coenzimas
                      • 8.6.2. As vitaminas lipossolúveis participam de diversos processos, como a coagulação do sangue e a visão
                      • As enzimas são catalisadores poderosos e altamente específicos
                      • A energia livre é uma função termodinâmica útil para compreender as enzimas
                      • As enzimas aceleram as reações ao facilitar a formação do estado de transição
                      • O modelo Michaelis-Menten explica as propriedades cinéticas de muitas enzimas
                      • Enzimas podem ser inibidas por moléculas específicas
                      • As vitaminas costumam ser precursoras das coenzimas
                      • Termos chave
                      • Problemas de interpretação de dados
                      • Capítulo Problemas de integração
                      • Problema de mídia
                      • Onde começar
                      • Livros
                      • Estabilização do estado de transição, análogos e outros inibidores enzimáticos
                      • Anticorpos catalíticos
                      • Cinética e mecanismos enzimáticos
                      • 9,1 Proteases: facilitando uma reação difícil
                        • 9.1.1. A quimotripsina possui um resíduo de serina altamente reativo
                        • 9.1.2. A ação da quimiotripsina procede em duas etapas ligadas por um intermediário ligado covalentemente
                        • 9.1.3. A serina faz parte de uma tríade catalítica que também inclui histidina e ácido aspártico
                        • 9.1.4. Tríades catalíticas são encontradas em outras enzimas hidrolíticas
                        • 9.1.5. A tríade catalítica foi dissecada por mutagênese direcionada ao local
                        • 9.1.6. Cisteína, aspartil e metaloproteases são outras classes importantes de enzimas de clivagem de peptídeos
                        • 9.1.7. Os inibidores de protease são medicamentos importantes
                        • 9.2.1. A anidrase carbônica contém um íon de zinco ligado essencial para a atividade catalítica
                        • 9.2.2. A catálise envolve a ativação do zinco na água
                        • 9.2.3. Um ônibus de prótons facilita a rápida regeneração da forma ativa da enzima
                        • 9.2.4. A evolução convergente gerou sítios ativos baseados em zinco em diferentes anidrases carbônicas
                        • 9.3.1. A clivagem é por deslocamento em linha de 3 & # x02032 oxigênio de fósforo por água ativada por magnésio
                        • 9.3.2. Enzimas de restrição requerem magnésio para atividade catalítica
                        • 9.3.3. O aparelho catalítico completo é montado apenas dentro de complexos de moléculas de DNA cognato, garantindo a especificidade
                        • 9.3.4. As enzimas de restrição do tipo II têm um núcleo catalítico em comum e são provavelmente relacionadas por transferência horizontal de genes
                        • 9.4.1. NMP quinases são uma família de enzimas que contêm estruturas P-Loop
                        • 9.4.2. Os complexos de magnésio (ou manganês) de trifosfatos de nucleosídeos são os verdadeiros substratos para essencialmente todas as enzimas dependentes de NTP
                        • 9.4.3. A ligação de ATP induz grandes mudanças conformacionais
                        • 9.4.4. Os domínios P-Loop NTPase estão presentes em uma variedade de proteínas importantes
                        • Proteases: facilitando uma reação difícil
                        • Anidrases carbônicas: tornando uma reação rápida mais rápida
                        • Enzimas de restrição: realizando reações de clivagem de DNA altamente específicas
                        • Nucleosídeo Monofosfato Quinases: Catalisando Troca de Grupo Fosforil sem Promover Hidrólise
                        • Termos chave
                        • Problema de mecanismo
                        • Problemas de mídia
                        • Onde começar
                        • Livros
                        • Quimotripsina e outras proteases de serina
                        • Outras proteases
                        • Anidrase carbônica
                        • Enzimas de restrição
                        • NMP quinases
                        • 10.1. Aspartato transcarbamoilase é alostericamente inibido pelo produto final de sua via
                          • 10.1.1. ACTase consiste em subunidades catalíticas e regulatórias separáveis
                          • 10.1.2. As interações alostéricas no ATCase são mediadas por grandes mudanças na estrutura quaternária
                          • 10.1.3. Enzimas reguladas alostericamente não seguem a cinética de Michaelis-Menten
                          • 10.1.4. Reguladores alostéricos modulam o equilíbrio T para R
                          • 10.1.5. O modelo combinado pode ser formulado em termos quantitativos
                          • 10.1.6. Modelos sequenciais também podem ser responsáveis ​​por efeitos alostéricos
                          • 10.2.1. A ligação de oxigênio induz mudanças estruturais substanciais nos sítios de ferro na hemoglobina
                          • 10.2.2. A ligação de oxigênio muda marcadamente a estrutura quaternária da hemoglobina
                          • 10.2.3. Ajustando a afinidade do oxigênio da hemoglobina: o efeito do 2,3-bisfosfoglicerato
                          • 10.2.4. O efeito Bohr: íons de hidrogênio e dióxido de carbono promovem a liberação de oxigênio
                          • 10.4.1. A fosforilação é um meio altamente eficaz de regular as atividades das proteínas-alvo
                          • 10.4.2. AMP cíclico ativa a proteína quinase A alterando a estrutura quaternária
                          • 10.4.3. O ATP e a proteína-alvo se ligam a uma fenda profunda na subunidade catalítica da proteína quinase A
                          • 10.5.1. O quimotripsinogênio é ativado por clivagem específica de uma única ligação peptídica
                          • 10.5.2. A ativação proteolítica do quimiotripsinogênio leva à formação de um sítio de ligação ao substrato
                          • 10.5.3.A geração de tripsina a partir do tripsinogênio leva à ativação de outros zimogênios
                          • 10.5.4. Algumas enzimas proteolíticas têm inibidores específicos
                          • 10.5.5. A coagulação do sangue é realizada por uma cascata de ativações de zimogênio
                          • 10.5.6. O fibrinogênio é convertido pela trombina em um coágulo de fibrina
                          • 10.5.7. A protrombina é preparada para ativação por uma modificação dependente da vitamina K
                          • 10.5.8. A hemofilia revelou um passo inicial na coagulação
                          • 10.5.9. O processo de coagulação deve ser regulado com precisão
                          • Aspartato transcarbamoilase é alostericamente inibido pelo produto final de sua via
                          • A hemoglobina transporta oxigênio de maneira eficiente por meio da ligação cooperativa de oxigênio
                          • As isoenzimas fornecem um meio de regulação específico para tecidos distintos e estágios de desenvolvimento
                          • A modificação covalente é um meio de regular a atividade enzimática
                          • Muitas enzimas são ativadas por clivagem proteolítica específica
                          • Termos chave
                          • Problemas de interpretação de dados
                          • Capítulo Problema de Integração
                          • Problemas de mecanismo
                          • Problema de mídia
                          • Onde começar
                          • Aspartato transcarbamoilase e interações alostéricas
                          • Hemoglobina
                          • Modificação covalente
                          • Proteína quinase A
                          • Ativação de zimogênio
                          • Inibidores de protease
                          • Cascata de coagulação
                          • 11.1. Monossacarídeos são aldeídos ou cetonas com múltiplos grupos hidroxila
                            • 11.1.1. Pentoses e hexoses ciclizam para formar anéis de furanose e piranose
                            • 11.1.2. Conformação de anéis de piranose e furanose
                            • 11.1.3. Monossacarídeos são unidos a álcoois e aminas por meio de ligações glicosídicas
                            • 11.2.1. Sacarose, lactose e maltose são os dissacarídeos comuns
                            • 11.2.2. Glicogênio e amido são depósitos móveis de glicose
                            • 11.2.3. Celulose, o principal polímero estrutural das plantas, consiste em cadeias lineares de unidades de glicose
                            • 11.2.4. Glicosaminoglicanos são cadeias polissacarídicas aniônicas feitas de unidades repetitivas de dissacarídeos
                            • 11.2.5. Enzimas específicas são responsáveis ​​pela montagem de oligossacarídeos
                            • 11.3.1. Os carboidratos podem estar ligados às proteínas por meio da asparagina (N-Linked) ou através de serina ou treonina (O-Linked) Resíduos
                            • 11.3.2. A glicosilação de proteínas ocorre no lúmen do retículo endoplasmático e no complexo de Golgi
                            • 11.3.3. N-Glicoproteínas Ligadas Adquirem Seus Açúcares Iniciais De Doadores Dolicol No Retículo Endoplasmático
                            • 11.3.4. As vesículas de transporte transportam proteínas do retículo endoplasmático para o complexo de Golgi para posterior glicosilação e classificação
                            • 11.3.5. Manose 6-fosfato direciona as enzimas lisossomais para seus destinos
                            • 11.3.6. Resíduos de glicose são adicionados e aparados para ajudar no dobramento de proteínas
                            • 11.3.7. Oligossacarídeos podem ser & # x0201cSequenced & # x0201d
                            • 11.4.1. Lectinas promovem interações entre células
                            • 11.4.2. O vírus da gripe se liga a resíduos de ácido siálico
                            • Monossacarídeos são aldeídos ou cetonas com múltiplos grupos hidroxila
                            • Carboidratos complexos são formados por ligação de monossacarídeos
                            • Carboidratos podem se ligar às proteínas para formar glicoproteínas
                            • Lectinas são proteínas específicas de ligação a carboidratos
                            • Termos chave
                            • Capítulo Problema de Integração
                            • Onde começar
                            • Livros
                            • Estrutura das proteínas de ligação a carboidratos
                            • Glicoproteínas
                            • Carboidratos em processos de reconhecimento
                            • Sequenciamento de carboidratos
                            • 12,1. Muitas características comuns estão subjacentes à diversidade das membranas biológicas
                            • 12,2. Os ácidos graxos são os principais constituintes dos lipídios
                              • 12.2.1. A denominação dos ácidos graxos
                              • 12.2.2. Os ácidos graxos variam no comprimento da cadeia e no grau de insaturação
                              • 12.3.1. Fosfolipídios são a principal classe de lipídios de membrana
                              • 12.3.2. Membranas Archaeal são construídas a partir de éter lipídeos com cadeias ramificadas
                              • 12.3.3. Os lipídios da membrana também podem incluir frações de carboidratos
                              • 12.3.4. O colesterol é um lipídio baseado em um núcleo de esteróide
                              • 12.3.5. Um lipídio de membrana é uma molécula anfipática que contém uma porção hidrofílica e uma hidrofóbica
                              • 12.4.1. Vesículas lipídicas podem ser formadas a partir de fosfolipídios
                              • 12.4.2. Bicamadas lipídicas são altamente impermeáveis ​​aos íons e à maioria das moléculas polares
                              • 12.5.1. Proteínas Associadas à Bicamada Lipídica de Várias Maneiras
                              • 12.5.2. As proteínas interagem com as membranas de várias maneiras
                              • 12.5.3. Algumas proteínas se associam a membranas por meio de grupos hidrofóbicos ligados covalentemente
                              • 12.5.4. Hélices transmembrana podem ser previstas com precisão a partir de sequências de aminoácidos
                              • 12.6.1. O modelo de mosaico fluido permite movimento lateral, mas não rotação através da membrana
                              • 12.6.2. A fluidez da membrana é controlada pela composição de ácidos graxos e pelo teor de colesterol
                              • 12.6.3. Todas as membranas biológicas são assimétricas
                              • 12.7.1. Proteínas são direcionadas a compartimentos específicos por sequências de sinal
                              • 12.7.2. O brotamento e a fusão da membrana são a base de vários processos biológicos importantes
                              • Muitas características comuns estão subjacentes à diversidade das membranas biológicas
                              • Ácidos graxos são os principais constituintes dos lipídios
                              • Existem três tipos comuns de lipídios de membrana
                              • Fosfolipídios e glicolipídios prontamente formam folhas bimoleculares em meio aquoso
                              • Proteínas executam a maioria dos processos de membrana
                              • Lipídios e muitas proteínas de membrana se difundem rapidamente no plano da membrana
                              • As células eucarióticas contêm compartimentos delimitados por membranas internas
                              • Termos chave
                              • Problemas de interpretação de dados
                              • Capítulo Problema de Integração
                              • Onde começar
                              • Livros
                              • Lípidos de membrana e dinâmica
                              • Estrutura das proteínas da membrana
                              • Membranas intracelulares
                              • 13.1. O transporte de moléculas através de uma membrana pode ser ativo ou passivo
                                • 13.1.1. Muitas moléculas requerem transportadores de proteínas para atravessar as membranas
                                • 13.1.2. A energia livre armazenada em gradientes de concentração pode ser quantificada
                                • 13.2.1. O retículo sarcoplasmático Ca 2+ ATPase é uma proteína de membrana integral
                                • 13.2.2. ATPases do tipo P são conservadas evolutivamente e desempenham uma ampla gama de funções
                                • 13.2.3. Digitalis inibe especificamente a bomba Na + -K +, bloqueando sua desfosforilação
                                • 13.5.1. As medições de condutância patch-clamp revelam as atividades de canais únicos
                                • 13.5.2. Proteínas de canal iônico são construídas com unidades semelhantes
                                • 13.5.3. Potenciais de ação são mediados por mudanças transitórias na permeabilidade de Na + e K +
                                • 13.5.4. O canal de sódio é um exemplo de canal controlado por voltagem
                                • 13.5.5. Os canais de potássio são homólogos ao canal de sódio
                                • 13.5.6. A estrutura de um canal de potássio revela a base do fluxo rápido de íons com especificidade
                                • 13.5.7. A estrutura do canal de potássio explica suas taxas rápidas de transporte
                                • 13.5.8. Um canal pode ser inativado pela oclusão do poro: o modelo de esfera e corrente
                                • O transporte de moléculas através de uma membrana pode ser ativo ou passivo
                                • Uma família de proteínas de membrana usa a hidrólise de ATP para bombear íons através das membranas
                                • Resistência a múltiplas drogas e fibrose cística destacam uma família de proteínas de membrana com domínios de cassete de ligação de ATP
                                • Os transportadores secundários usam um gradiente de concentração para alimentar a formação de outro
                                • Canais específicos podem transportar íons rapidamente através das membranas
                                • As junções de intervalo permitem que íons e pequenas moléculas fluam entre as células em comunicação
                                • Termos chave
                                • Capítulo Problema de Integração
                                • Problema de mecanismo
                                • Problema de interpretação de dados
                                • Problema de mídia
                                • Onde começar
                                • Livros
                                • Canais iônicos dependentes de voltagem
                                • Canais de íons controlados por ligante
                                • Bombas de íon acionadas por ATP
                                • Proteínas de cassete de ligação de ATP (ABC)
                                • Simportadores e antiporters
                                • Junções de lacuna
                                • Capítulo 14. Metabolismo: Conceitos Básicos e Design
                                  • 14,1. O metabolismo é composto de muitas reações acopladas e interconectadas
                                    • 14.1.1. Uma reação termodinamicamente desfavorável pode ser motivada por uma reação favorável
                                    • 14.1.2. ATP é a moeda universal de energia gratuita em sistemas biológicos
                                    • 14.1.3. A hidrólise de ATP impulsiona o metabolismo alterando o equilíbrio das reações acopladas
                                    • 14.1.4. Base estrutural do alto potencial de transferência de fosforil de ATP
                                    • 14.1.5. O potencial de transferência de fosforil é uma forma importante de transformação de energia celular
                                    • 14.2.1. Compostos com alto potencial de transferência de fosforil podem acoplar a oxidação de carbono à síntese de ATP
                                    • 14.2.2. Gradientes de íons através das membranas fornecem uma forma importante de energia celular que pode ser acoplada à síntese de ATP
                                    • 14.2.3. Estágios na extração de energia de alimentos
                                    • 14.3.1. Os portadores ativados exemplificam o projeto modular e a economia do metabolismo
                                    • 14.3.2. As principais reações são reiteradas em todo o metabolismo
                                    • 14.3.3. Os processos metabólicos são regulados de três maneiras principais
                                    • 14.3.4. Evolução das vias metabólicas
                                    • O metabolismo é composto de muitas reações acopladas e interconectadas
                                    • A oxidação de combustíveis de carbono é uma fonte importante de energia celular
                                    • As vias metabólicas contêm muitos motivos recorrentes
                                    • Termos chave
                                    • Capítulo Problema de Integração
                                    • Interpretação dos dados
                                    • Problema de mídia
                                    • Onde começar
                                    • Livros
                                    • Termodinâmica
                                    • Bioenergética e metabolismo
                                    • Regulação do metabolismo
                                    • Aspectos históricos
                                    • 15,1. Receptores de sete hélices transmembrana alteram a conformação em resposta à ligação do ligante e ativam as proteínas G
                                      • 15.1.1. A ligação do ligante a receptores 7TM leva à ativação das proteínas G
                                      • 15.1.2. Ciclo das proteínas G entre as formas ligadas ao PIB e ao GTP
                                      • 15.1.3. Proteínas G ativadas transmitem sinais ligando-se a outras proteínas
                                      • 15.1.4. Proteínas G se redefinem espontaneamente por meio da hidrólise de GTP
                                      • 15.1.5. O AMP cíclico estimula a fosforilação de muitas proteínas-alvo por meio da ativação da proteína quinase A
                                      • 15.2.1. Inositol 1,4,5-trifosfato abre canais para liberar íons de cálcio de depósitos intracelulares
                                      • 15.2.2. O diacilglicerol ativa a proteína quinase C, que fosforila muitas proteínas-alvo
                                      • 15.3.1. Ionóforos permitem a visualização de mudanças na concentração de cálcio
                                      • 15.3.2. O cálcio ativa a proteína reguladora calmodulina, que estimula muitas enzimas e transportadores
                                      • 15.4.1. Alguns receptores contêm domínios de tirosina quinase em suas estruturas covalentes
                                      • 15.4.2. Ras, outra classe de proteína G de sinalização
                                      • 15.5.1. Inibidores de proteína quinase podem ser medicamentos anticâncer eficazes
                                      • 15.5.2. Cólera e tosse convulsa são devidos à atividade alterada da proteína G
                                      • Receptores de sete hélices transmembrana alteram a conformação em resposta à ligação do ligante e ativam as proteínas G
                                      • A hidrólise do bifosfato de fosfatidil inositol pela fosfolipase C gera dois mensageiros
                                      • Íon de cálcio é um mensageiro citosólico ubíquo
                                      • Alguns receptores dimerizam em resposta à ligação de ligante e sinal por fosforilação cruzada
                                      • Defeitos nas vias de sinalização podem levar ao câncer e outras doenças
                                      • Características recorrentes das vias de transdução de sinal revelam relacionamentos evolutivos
                                      • Termos chave
                                      • Capítulo Problema de Integração
                                      • Problema de mecanismo
                                      • Problemas de interpretação de dados
                                      • Problema de mídia
                                      • Onde começar
                                      • Proteínas G e receptores 7TM
                                      • cascata cAMP
                                      • Cascata de fosfoinositídeo
                                      • Cálcio
                                      • Proteína quinases, incluindo receptor tirosina quinases
                                      • Ras
                                      • Câncer
                                      • 16.1. A glicólise é uma via de conversão de energia em muitos organismos
                                        • 16.1.1. A hexoquinase retém a glicose na célula e inicia a glicólise
                                        • 16.1.2. A formação de frutose 1,6-bifosfato a partir de glicose 6-fosfato
                                        • 16.1.3. O açúcar de seis carbonos é dividido em dois fragmentos de três carbonos pela aldolase
                                        • 16.1.4. Triose fosfato isomerase resgata um fragmento de três carbonos
                                        • 16.1.5. Transformação de energia: a fosforilação é acoplada à oxidação do gliceraldeído 3-fosfato por um tioéster intermediário
                                        • 16.1.6. A formação de ATP a partir de 1,3-bisfosfoglicerato
                                        • 16.1.7. A geração de ATP adicional e a formação de piruvato
                                        • 16.1.8. Rendimento de energia na conversão de glicose em piruvato
                                        • 16.1.9. Manter o equilíbrio redox: os diversos destinos do piruvato
                                        • 16.1.10. O local de ligação para NAD + é semelhante em muitas desidrogenases
                                        • 16.1.11. A entrada de frutose e galactose na glicólise
                                        • 16.1.12. Muitos adultos são intolerantes ao leite porque têm deficiência de lactase
                                        • 16.1.13. Galactose é altamente tóxica se a transferase estiver ausente
                                        • 16.2.1. Fosfofrutocinase é a enzima chave no controle da glicólise
                                        • 16.2.2. Uma enzima bifuncional regulada sintetiza e degrada a frutose 2,6-bisfosfato
                                        • 16.2.3. Hexoquinase e piruvato quinase também definem o ritmo da glicólise
                                        • 16.2.4. Uma família de transportadores permite que a glicose entre e saia das células animais
                                        • 16.2.5. Câncer e Glicólise
                                        • 16.3.1. A gliconeogênese não é uma reversão da glicólise
                                        • 16.3.2. A conversão de piruvato em fosfoenolpiruvato começa com a formação de oxaloacetato
                                        • 16.3.3. O oxaloacetato é embaralhado no citosol e convertido em fosfoenolpiruvato
                                        • 16.3.4. A conversão de frutose 1,6-bifosfato em frutose 6-fosfato e ortofosfato é uma etapa irreversível
                                        • 16.3.5. A geração de glicose livre é um importante ponto de controle
                                        • 16.3.6. Seis grupos de fosforila com alto potencial de transferência são gastos na síntese de glicose a partir do piruvato
                                        • 16.4.1. Ciclos de substrato amplificam sinais metabólicos e produzem calor
                                        • 16.4.2. O lactato e a alanina formados pela contração do músculo são usados ​​por outros órgãos
                                        • 16.4.3. A glicólise e a gliconeogênese estão evolutivamente interligadas
                                        • A glicólise é uma via de conversão de energia em muitos organismos
                                        • A via glicolítica é rigidamente controlada
                                        • A glicose pode ser sintetizada a partir de precursores sem carboidratos
                                        • A gliconeogênese e a glicólise são reguladas reciprocamente
                                        • Termos chave
                                        • Problema de mecanismo
                                        • Capítulo Problema de Integração
                                        • Problema de interpretação de dados
                                        • Problemas de mídia
                                        • Onde começar
                                        • Livros
                                        • Estrutura das enzimas glicolíticas e gluconeogênicas
                                        • Mecanismos catalíticos
                                        • Regulamento
                                        • Transportadores de açúcar
                                        • Doenças genéticas
                                        • Evolução
                                        • Aspectos históricos
                                        • 17,1. O ciclo do ácido cítrico oxida unidades de dois carbonos
                                          • 17.1.1. A formação de acetil coenzima A a partir do piruvato
                                          • 17.1.2. Ligações flexíveis permitem que a lipoamida se mova entre diferentes locais ativos
                                          • 17.1.3. Citrato sintase forma citrato de oxaloacetato e acetil coenzima A
                                          • 17.1.4. Citrato é isomerizado em isocitrato
                                          • 17.1.5. Isocitrato é oxidado e descarboxilado em & # x003b1-cetoglutarato
                                          • 17.1.6. Succinil coenzima A é formada pela descarboxilação oxidativa de & # x003b1-cetoglutarato
                                          • 17.1.7. Um composto de alto potencial de transferência de fosforil é gerado a partir de succinil coenzima A
                                          • 17.1.8. O oxaloacetato é regenerado pela oxidação do succinato
                                          • 17.1.9. Estequiometria do ciclo do ácido cítrico
                                          • 17.2.1. O complexo piruvato desidrogenase é regulado alostericamente e por fosforilação reversível
                                          • 17.2.2. O ciclo do ácido cítrico é controlado em vários pontos
                                          • 17.3.1. O ciclo do ácido cítrico deve ser capaz de ser reabastecido rapidamente
                                          • 17.3.2. A interrupção do metabolismo do piruvato é a causa do beribéri e do envenenamento por mercúrio e arsênico
                                          • 17.3.3. Especulações sobre a história evolutiva do ciclo do ácido cítrico
                                          • O ciclo do ácido cítrico oxida unidades de dois carbonos
                                          • A entrada no ciclo do ácido cítrico e o metabolismo por meio dele são controlados
                                          • O ciclo do ácido cítrico é uma fonte de precursores biossintéticos
                                          • O ciclo de glioxilato permite que plantas e bactérias cresçam em acetato
                                          • Termos chave
                                          • Capítulo Problema de Integração
                                          • Problemas de mecanismo
                                          • Interpretação dos dados
                                          • Onde começar
                                          • Complexo de piruvato desidrogenase
                                          • Estrutura das enzimas do ciclo do ácido cítrico
                                          • Organização do ciclo do ácido cítrico
                                          • Regulamento
                                          • Aspectos evolutivos
                                          • Descoberta do ciclo do ácido cítrico
                                          • 18,1. A fosforilação oxidativa em eucariotos ocorre na mitocôndria
                                            • 18.1.1. As mitocôndrias são delimitadas por uma membrana dupla
                                            • 18.1.2. As mitocôndrias são o resultado de um evento endossimbiótico
                                            • 18.2.1. Elétrons de alta energia: potenciais redox e alterações de energia livre
                                            • 18.2.2. Uma diferença de potencial de 1,14 volts entre NADH e O2 Conduz o transporte de elétrons através da cadeia e favorece a formação de um gradiente de prótons
                                            • 18.2.3. Elétrons podem ser transferidos entre grupos que não estão em contato
                                            • 18.3.1. Os elétrons de alto potencial de NADH entram na cadeia respiratória em NADH-Q Oxidoredutase
                                            • 18.3.2. Ubiquinol é o ponto de entrada para elétrons do FADH2 de Flavoproteínas
                                            • 18.3.3. Os elétrons fluem do Ubiquinol para o Citocromo c Por meio de Q-Citocromo c Oxidorredutase
                                            • 18.3.4. Transporte de prótons transmembrana: o ciclo Q
                                            • 18.3.5. Citocromo c A oxidase catalisa a redução do oxigênio molecular em água
                                            • 18.3.6. Derivados tóxicos do oxigênio molecular, como o radical superóxido, são eliminados por enzimas protetoras
                                            • 18.3.7. A Conformação do Citocromo c Permaneceu essencialmente constante por mais de um bilhão de anos
                                            • 18.4.1. A ATP sintase é composta por uma unidade condutora de prótons e uma unidade catalítica
                                            • 18.4.2. O fluxo de prótons através da sintase de ATP leva à liberação de ATP fortemente ligado: o mecanismo de mudança de ligação
                                            • 18.4.3. O menor motor molecular do mundo: catálise rotacional
                                            • 18.4.4. Fluxo de prótons em torno da síntese de ATP dos poderes do anel c
                                            • 18.4.5. A ATP sintase e as proteínas G têm vários recursos comuns
                                            • 18.5.1. Elétrons do NADH citosólico entram nas mitocôndrias por ônibus
                                            • 18.5.2. A entrada do ADP na mitocôndria é acoplada à saída do ATP pela translocase de ATP-ADP
                                            • 18.5.3. Os transportadores mitocondriais para metabólitos têm um motivo tripartido comum
                                            • 18.6.1. A oxidação completa da glicose produz cerca de 30 moléculas de ATP
                                            • 18.6.2. A taxa de fosforilação oxidativa é determinada pela necessidade de ATP
                                            • 18.6.3. A fosforilação oxidativa pode ser inibida em vários estágios
                                            • 18.6.4. O desacoplamento regulado leva à geração de calor
                                            • 18.6.5. Doenças mitocondriais estão sendo descobertas
                                            • 18.6.6. Mitocôndrias desempenham um papel fundamental na apoptose
                                            • 18.6.7. Transmissão de potência por gradientes de prótons: um motivo central da bioenergética
                                            • A fosforilação oxidativa em eucariotos ocorre na mitocôndria
                                            • A fosforilação oxidativa depende da transferência de elétrons
                                            • A cadeia respiratória consiste em quatro complexos: três bombas de prótons e uma ligação física com o ciclo do ácido cítrico
                                            • Um gradiente de próton impulsiona a síntese de ATP
                                            • Muitos ônibus espaciais permitem movimento através das membranas mitocondriais
                                            • A regulação da fosforilação oxidativa é regida principalmente pela necessidade de ATP
                                            • Termos chave
                                            • Capítulo Problema de Integração
                                            • Problema de interpretação de dados
                                            • Problema de mecanismo
                                            • Problema de mídia
                                            • Onde começar
                                            • Livros
                                            • Cadeia de transporte de elétrons
                                            • ATP sintase
                                            • Translocadores
                                            • Superóxido dismutase e catalase
                                            • Doenças mitocondriais
                                            • Apoptose
                                            • Aspectos históricos
                                            • 19,1. A fotossíntese ocorre nos cloroplastos
                                              • 19.1.1. Os eventos primários da fotossíntese ocorrem nas membranas tilacóides
                                              • 19.1.2. A evolução dos cloroplastos
                                              • 19.2.1. Bactérias fotossintéticas e os centros de reação fotossintética de plantas verdes têm um núcleo comum
                                              • 19.2.2. Um par especial de clorofilas inicia a separação de carga
                                              • 19.3.1. O fotossistema II transfere elétrons da água para a plastoquinona e gera um gradiente de próton
                                              • 19.3.2. Citocromo bf Liga o Photosystem II ao Photosystem I
                                              • 19.3.3. O fotossistema I usa energia da luz para gerar ferredoxina reduzida, um poderoso redutor
                                              • 19.3.4. Ferredoxina-NADP + Redutase Converte NADP + em NADPH
                                              • 19.4.1. A síntese de ATP dos cloroplastos se assemelha bastante à das mitocôndrias e procariotos
                                              • 19.4.2. O fluxo cíclico de elétrons através do fotossistema I leva à produção de ATP em vez de NADPH
                                              • 19.4.3. A absorção de oito fótons rende um O2, Dois NADPH e três moléculas de ATP
                                              • 19.5.1. A transferência de energia de ressonância permite que a energia se mova do local de absorção inicial para o centro de reação
                                              • 19.5.2.Complexos de colheita de luz contêm clorofilas e carotinóides adicionais
                                              • 19.5.3. Ficobilissomos servem como tubos de luz molecular em cianobactérias e algas vermelhas
                                              • 19.5.4. Componentes da fotossíntese são altamente organizados
                                              • 19.5.5. Muitos herbicidas inibem as reações à luz da fotossíntese
                                              • A fotossíntese ocorre nos cloroplastos
                                              • A absorção de luz pela clorofila induz a transferência de elétrons
                                              • Dois fotossistemas geram um gradiente de próton e NADPH na fotossíntese oxigenada
                                              • Um gradiente de próton através da membrana tilacóide impulsiona a síntese de ATP
                                              • Pigmentos acessórios canalizam energia para centros de reação
                                              • A capacidade de converter luz em energia química é antiga
                                              • Termos chave
                                              • Problema de mecanismo
                                              • Interpretação de dados e problema de integração de capítulos
                                              • Onde começar
                                              • Livros e resenhas gerais
                                              • Mecanismos de transferência de elétrons
                                              • Fotossistema II
                                              • Evolução de oxigênio
                                              • Fotossistema I e citocromo bf
                                              • ATP sintase
                                              • Conjuntos de colheita de luz
                                              • Evolução
                                              • 20.1. O Ciclo de Calvin sintetiza hexoses de dióxido de carbono e água
                                                • 20.1.1. Dióxido de carbono reage com ribulose 1,5-bifosfato para formar duas moléculas de 3-fosfoglicerato
                                                • 20.1.2. Imperfeição catalítica: o rubisco também catalisa uma reação de oxigenase prejudicial
                                                • 20.1.3. Os fosfatos de hexose são produzidos a partir de fosfoglicerato e a ribulose 1,5-bifosfato é regenerada
                                                • 20.1.4. Três moléculas de ATP e duas moléculas de NADPH são usadas para levar o dióxido de carbono ao nível de uma hexose
                                                • 20.1.5. Amido e sacarose são os principais estoques de carboidratos nas plantas
                                                • 20.2.1. Rubisco é ativado por mudanças impulsionadas pela luz nas concentrações de prótons e íons de magnésio
                                                • 20.2.2. A tioredoxina desempenha um papel fundamental na regulação do ciclo de Calvin
                                                • 20.2.3. O C4 A via das plantas tropicais acelera a fotossíntese pela concentração de dióxido de carbono
                                                • 20.2.4. O metabolismo do ácido crassuláceo permite o crescimento em ecossistemas áridos
                                                • 20.3.1. Duas moléculas de NADPH são geradas na conversão de glicose 6-fosfato em ribulose 5-fosfato
                                                • 20.3.2. A via da pentose fosfato e a glicólise estão ligadas pela transcetolase e transaldolase
                                                • 20.3.3. A transcetolase e a transaldolase estabilizam intermediários carbaniônicos por diferentes mecanismos
                                                • 20.4.1. A taxa da via da pentose fosfato é controlada pelo nível de NADP +
                                                • 20.4.2. O fluxo de glicose 6-fosfato depende da necessidade de NADPH, ribose 5-fosfato e ATP
                                                • 20.4.3. Através do espelho: o ciclo de Calvin e a via das pentoses fosfato
                                                • 20.5.1. A deficiência de glicose 6-fosfato desidrogenase causa uma anemia hemolítica induzida por drogas
                                                • 20.5.2. A deficiência de glicose 6-fosfato desidrogenase confere uma vantagem evolutiva em algumas circunstâncias
                                                • O Ciclo de Calvin sintetiza hexoses de dióxido de carbono e água
                                                • A atividade do ciclo de Calvin depende das condições ambientais
                                                • A via da pentose fosfato gera NADPH e sintetiza açúcares de cinco carbonos
                                                • O metabolismo da glicose 6-fosfato pela via da pentose fosfato é coordenado com a glicólise
                                                • A glicose 6-fosfato desidrogenase desempenha um papel fundamental na proteção contra espécies reativas de oxigênio
                                                • Termos chave
                                                • Problemas de mecanismo
                                                • Capítulo Problemas de integração
                                                • Problema de Interpretação de Data
                                                • Onde começar
                                                • Livros e resenhas gerais
                                                • Enzimas e mecanismos de reação
                                                • Fixação de dióxido de carbono e rubisco
                                                • Regulamento
                                                • Glicose 6-fosfato desidrogenase
                                                • Evolução
                                                • 21.1. A decomposição do glicogênio requer a interação de várias enzimas
                                                  • 21.1.1. A fosforilase catalisa a clivagem fosforolítica do glicogênio para liberar glicose 1-fosfato
                                                  • 21.1.2. Uma enzima de desramificação também é necessária para a decomposição do glicogênio
                                                  • 21.1.3. Fosfoglucomutase converte glicose 1-fosfato em glicose 6-fosfato
                                                  • 21.1.4. Fígado contém glicose 6-fosfatase, uma enzima hidrolítica ausente do músculo
                                                  • 21.1.5. O fosfato de piridoxal participa da clivagem fosforolítica do glicogênio
                                                  • 21.2.1. A fosforilase muscular é regulada pela carga de energia intracelular
                                                  • 21.2.2. Fosforilase de fígado produz glicose para uso por outros tecidos
                                                  • 21.2.3. A fosforilase quinase é ativada por fosforilação e íons de cálcio
                                                  • 21.3.1. Proteínas G transmitem o sinal para o início da degradação do glicogênio
                                                  • 21.3.2. A decomposição do glicogênio deve ser capaz de ser rapidamente desligada
                                                  • 21.3.3. A regulação da fosforilase do glicogênio tornou-se mais sofisticada à medida que a enzima evoluiu
                                                  • 21.4.1. UDP-glicose é uma forma ativada de glicose
                                                  • 21.4.2. A glicogênio sintase catalisa a transferência de glicose de UDP-glicose para uma cadeia em crescimento
                                                  • 21.4.3. Formas de Enzima de Ramificação e # x003b1-1,6 Ligações
                                                  • 21.4.4. A glicogênio sintase é a enzima reguladora chave na síntese de glicogênio
                                                  • 21.4.5. Glicogênio é uma forma eficiente de armazenamento de glicose
                                                  • 21.5.1. Proteína Fosfatase 1 Reverte os Efeitos Reguladores das Quinases no Metabolismo do Glicogênio
                                                  • 21.5.2. A insulina estimula a síntese de glicogênio ao ativar a proteína fosfatase 1
                                                  • 21.5.3. O metabolismo do glicogênio no fígado regula o nível de glicose no sangue
                                                  • 21.5.4. Uma compreensão bioquímica das doenças de armazenamento de glicogênio é possível
                                                  • A decomposição do glicogênio requer a interação de várias enzimas
                                                  • A fosforilase é regulada por interações alostéricas e fosforilação reversível
                                                  • Epinefrina e glucagon sinalizam a necessidade de degradação do glicogênio
                                                  • O glicogênio é sintetizado e degradado por diferentes vias
                                                  • A quebra e a síntese do glicogênio são reguladas reciprocamente
                                                  • Termos chave
                                                  • Problema de mecanismo
                                                  • Problemas de integração de capítulo e interpretação de dados
                                                  • Problema de mídia
                                                  • Onde começar
                                                  • Livros e resenhas gerais
                                                  • Estudos cristalográficos de raios-x
                                                  • Preparação da síntese de glicogênio
                                                  • Mecanismos catalíticos
                                                  • Regulação do metabolismo do glicogênio
                                                  • Doenças genéticas
                                                  • Evolução
                                                  • 22.1. Triacilgliceróis são armazenadores de energia altamente concentrados
                                                    • 22.1.1. Os lipídios da dieta são digeridos por lipases pancreáticas
                                                    • 22.1.2. Os lipídios da dieta são transportados em quilomícrons
                                                    • 22.2.1. Os triacilgliceróis são hidrolisados ​​por lipases reguladas por AMP cíclico
                                                    • 22.2.2. Ácidos graxos são ligados à coenzima A antes de serem oxidados
                                                    • 22.2.3. Carnitina transporta ácidos graxos ativados de cadeia longa para a matriz mitocondrial
                                                    • 22.2.4. Acetil CoA, NADH e FADH2 São gerados em cada rodada de oxidação de ácidos graxos
                                                    • 22.2.5. A oxidação completa do palmitato rende 106 moléculas de ATP
                                                    • 22.3.1. Uma isomerase e uma redutase são necessárias para a oxidação de ácidos graxos insaturados
                                                    • 22.3.2. Ácidos graxos de cadeia ímpar produzem propionil coenzima A na etapa final de tiólise
                                                    • 22.3.3. Propionil CoA é convertido em succinil CoA em uma reação que requer vitamina B12
                                                    • 22.3.4. Ácidos graxos também são oxidados em peroxissomos
                                                    • 22.3.5. Os corpos cetônicos são formados a partir da acetil coenzima A quando predomina a decomposição de gordura
                                                    • 22.3.6. Corpos cetônicos são um combustível importante em alguns tecidos
                                                    • 22.3.7. Animais não podem converter ácidos graxos em glicose
                                                    • 22.4.1. A formação de malonil coenzima A é a etapa comprometida na síntese de ácidos graxos
                                                    • 22.4.2. Os intermediários na síntese de ácidos graxos estão ligados a uma proteína transportadora de acila
                                                    • 22.4.3. O Ciclo de Elongação na Síntese de Ácidos Graxos
                                                    • 22.4.4. Os ácidos graxos são sintetizados por um complexo enzimático multifuncional em eucariotos
                                                    • 22.4.5. A unidade de fosfopantetoinil flexível do ACP transporta o substrato de um local ativo para outro
                                                    • 22.4.6. A estequiometria da síntese de ácidos graxos
                                                    • 22.4.7. Citrato carrega grupos acetil da mitocôndria para o citosol para síntese de ácidos graxos
                                                    • 22.4.8. Fontes de NADPH para síntese de ácidos graxos
                                                    • 22.4.9. Inibidores da sintase de ácidos graxos podem ser drogas úteis
                                                    • 22.4.10. Variações sobre um tema: Sintetases de policetídeos e peptídeos não-ribossômicos assemelham-se à síntese de ácidos graxos
                                                    • Regulamento Global
                                                    • Regulamentação Local
                                                    • Resposta à dieta
                                                    • 22.6.1. Enzimas ligadas à membrana geram ácidos graxos insaturados
                                                    • 22.6.2. Hormônios eicosanóides são derivados de ácidos graxos poliinsaturados
                                                    • Triacilgliceróis são armazenadores de energia altamente concentrados
                                                    • A utilização de ácidos graxos como combustível requer três estágios de processamento
                                                    • Certos ácidos graxos requerem etapas adicionais para degradação
                                                    • Ácidos graxos são sintetizados e degradados por diferentes vias
                                                    • A acetil coenzima A carboxilase desempenha um papel fundamental no controle do metabolismo dos ácidos graxos
                                                    • O alongamento e a insaturação de ácidos graxos são realizados por sistemas de enzimas acessórias
                                                    • Termos chave
                                                    • Problemas de mecanismo
                                                    • Capítulo Problemas de integração
                                                    • Problema de interpretação de dados
                                                    • Problema de mídia
                                                    • Onde começar
                                                    • Livros
                                                    • Oxidação de ácidos graxos
                                                    • Síntese de ácidos graxos
                                                    • Acetil CoA carboxilase
                                                    • Eicosanóides
                                                    • Doenças genéticas
                                                    • 23.1. Proteínas São Degradadas em Aminoácidos
                                                      • 23.1.1. A digestão e absorção de proteínas dietéticas
                                                      • 23.1.2. Proteínas celulares são degradadas em taxas diferentes
                                                      • 23.2.1. Proteínas Marcadores de Ubiquitina para Destruição
                                                      • 23.2.2. O proteassoma digere as proteínas marcadas com ubiquitina
                                                      • 23.2.3. A degradação de proteínas pode ser usada para regular a função biológica
                                                      • 23.2.4. A via da ubiquitina e o proteassoma têm contrapartes procarióticas
                                                      • 23.3.1. Grupos alfa-amino são convertidos em íons de amônio pela desaminação oxidativa do glutamato
                                                      • 23.3.2. Fosfato de piridoxal forma intermediários de base de Schiff em aminotransferases
                                                      • 23.3.3. Aspartato aminotransferase é membro de uma grande e versátil família de enzimas dependentes de piridoxal
                                                      • 23.3.4. Serina e treonina podem ser desaminadas diretamente
                                                      • 23.3.5. Tecidos periféricos transportam nitrogênio para o fígado
                                                      • 23.4.1. O ciclo da uréia começa com a formação de fosfato de carbamoil
                                                      • 23.4.2. O ciclo da ureia está ligado ao ciclo do ácido cítrico
                                                      • 23.4.3. A evolução do ciclo da ureia
                                                      • 23.4.4. Defeitos herdados do ciclo da uréia causam hiperamonemia e podem levar a danos cerebrais
                                                      • 23.4.5. A uréia não é o único meio de descarte do excesso de nitrogênio
                                                      • 23.5.1. Piruvato como um ponto de entrada no metabolismo
                                                      • 23.5.2. Oxaloacetato como um ponto de entrada no metabolismo
                                                      • 23.5.3. Alfa-cetoglutarato como um ponto de entrada no metabolismo
                                                      • 23.5.4. Succinil coenzima A é um ponto de entrada para vários aminoácidos não polares
                                                      • 23.5.5. A degradação da metionina requer a formação de um doador chave de metil, S-adenosilmetionina
                                                      • 23.5.6. Os aminoácidos de cadeia ramificada produzem acetil CoA, acetoacetato ou propionil CoA
                                                      • 23.5.7. Oxigenases são necessárias para a degradação de aminoácidos aromáticos
                                                      • Proteínas São Degradadas em Aminoácidos
                                                      • A rotação de proteínas é rigidamente regulada
                                                      • A primeira etapa na degradação de aminoácidos é a remoção do nitrogênio
                                                      • O íon de amônio é convertido em uréia na maioria dos vertebrados terrestres
                                                      • Átomos de carbono de aminoácidos degradados emergem como principais intermediários metabólicos
                                                      • Erros inatos do metabolismo podem interromper a degradação dos aminoácidos
                                                      • Termos chave
                                                      • Problemas de mecanismo
                                                      • Capítulo Problemas de integração
                                                      • Problema de interpretação de dados
                                                      • Onde começar
                                                      • Livros
                                                      • Ubiquitina e o proteassoma
                                                      • Enzimas dependentes de fosfato de piridoxal
                                                      • Enzimas do ciclo da uréia
                                                      • Degradação de aminoácidos
                                                      • Doenças genéticas
                                                      • Aspectos históricos e o processo de descoberta
                                                      • Capítulo 24. A Biossíntese de Aminoácidos
                                                        • 24,1. Fixação de nitrogênio: os microrganismos usam ATP e um poderoso redutor para reduzir o nitrogênio atmosférico a amônia
                                                          • 24.1.1. O cofator ferro-molibdênio da nitrogenase se liga e reduz o nitrogênio atmosférico
                                                          • 24.1.2. O íon de amônio é assimilado em um aminoácido através do glutamato e da glutamina
                                                          • 24.2.1. Os seres humanos podem sintetizar alguns aminoácidos, mas devem obter outros com a dieta
                                                          • 24.2.2. Uma etapa comum determina a quiralidade de todos os aminoácidos
                                                          • 24.2.3. É necessário um intermediário adenilado para formar asparagina a partir do aspartato
                                                          • 24.2.4. Glutamato é o precursor da glutamina, prolina e arginina
                                                          • 24.2.5. Serina, cisteína e glicina são formadas a partir de 3-fosfoglicerato
                                                          • 24.2.6. O tetraidrofolato carrega unidades ativadas de um carbono em vários níveis de oxidação
                                                          • 24.2.7. S-Adenosilmetionina é o principal doador de grupos metil
                                                          • 24.2.8. Cisteína é sintetizada a partir de serina e homocisteína
                                                          • 24.2.9. Níveis elevados de homocisteína estão associados a doenças vasculares
                                                          • 24.2.10. O chiquimato e o corismato são intermediários na biossíntese de aminoácidos aromáticos
                                                          • 24.2.11. Triptofano sintetase ilustra canalização de substrato na catálise enzimática
                                                          • 24.3.1. Vias ramificadas exigem regulamentação sofisticada
                                                          • 24.3.2. A atividade da glutamina sintetase é modulada por uma cascata enzimática
                                                          • 24.4.1. Glutationa, um peptídeo gama-glutamil, serve como um tampão sulfidrila e um antioxidante
                                                          • 24.4.2. O óxido nítrico, uma molécula de sinal de vida curta, é formado a partir da arginina
                                                          • 24.4.3. Porfirinas de mamíferos são sintetizadas a partir de glicina e succinil coenzima A
                                                          • 24.4.4. Porfirinas se acumulam em algumas doenças hereditárias do metabolismo das porfirinas
                                                          • Fixação de nitrogênio: os microrganismos usam ATP e um poderoso redutor para reduzir o nitrogênio atmosférico a amônia
                                                          • Os aminoácidos são produzidos a partir de intermediários do ciclo do ácido cítrico e de outras vias importantes
                                                          • A biossíntese de aminoácidos é regulada pela inibição de feedback
                                                          • Aminoácidos são precursores de muitas biomoléculas
                                                          • Termos chave
                                                          • Problemas de mecanismo
                                                          • Capítulo Problemas de integração
                                                          • Integração do Capítulo e Problema de Interpretação de Dados
                                                          • Onde começar
                                                          • Livros
                                                          • Fixação de nitrogênio
                                                          • Regulação da biossíntese de aminoácidos
                                                          • Biossíntese de aminoácidos aromáticos
                                                          • Glutationa
                                                          • Etileno e óxido nítrico
                                                          • Biossíntese de porfirinas
                                                          • 25,1. Na síntese de Novo, o anel de pirimidina é formado a partir de bicarbonato, aspartato e glutamina
                                                            • 25.1.1. Bicarbonato e outros compostos de carbono oxigenado são ativados por fosforilação
                                                            • 25.1.2. A cadeia lateral da glutamina pode ser hidrolisada para gerar amônia
                                                            • 25.1.3. Os intermediários podem se mover entre sites ativos por canalização
                                                            • 25.1.4. Orotate adquire um anel de ribose do PRPP para formar um nucleotídeo de pirimidina e é convertido em uridilato
                                                            • 25.1.5. Mono, Di e Trifosfatos de Nucleotídeos São Interconvertíveis
                                                            • 25.1.6. CTP é formado por aminação de UTP
                                                            • 25.2.1. Vias de salvamento economizam gastos com energia intracelular
                                                            • 25.2.2. O sistema de anel de purina é montado em fosfato de ribose
                                                            • 25.2.3. O anel de purina é montado por etapas sucessivas de ativação por fosforilação seguida de deslocamento
                                                            • 25.2.4. AMP e GMP são formados a partir do IMP
                                                            • 25.3.1. O timidilato é formado pela metilação do desoxiuridilato
                                                            • 25.3.2. Dihidrofolato redutase catalisa a regeneração de tetrahidrofolato, um portador de um carbono
                                                            • 25.3.3. Vários medicamentos anticâncer valiosos bloqueiam a síntese de timidilato
                                                            • 25.6.1. Purinas são degradadas em urato em seres humanos
                                                            • 25.6.2. A síndrome de Lesch-Nyhan é uma consequência dramática de mutações em uma enzima de via de resgate
                                                            • Na síntese de Novo, o anel de pirimidina é formado a partir de bicarbonato, aspartato e glutamina
                                                            • As bases de purinas podem ser sintetizadas de novo ou recicladas por vias de resgate
                                                            • Os desoxirribonucleotídeos são sintetizados pela redução de ribonucleotídeos por meio de um mecanismo radical
                                                            • As etapas principais na biossíntese de nucleotídeos são reguladas pela inibição de feedback
                                                            • NAD +, FAD e Coenzima A são formados a partir de ATP
                                                            • Perturbações no metabolismo dos nucleotídeos podem causar doenças patológicas
                                                            • Termos chave
                                                            • Problemas de mecanismo
                                                            • Capítulo Problemas de integração
                                                            • Onde começar
                                                            • Biossíntese de pirimidina
                                                            • Biossíntese de purinas
                                                            • Ribonucleotídeo redutases
                                                            • Timidilato sintase e dihidrofolato redutase
                                                            • Doenças genéticas
                                                            • 26,1. Fosfatidato é um intermediário comum na síntese de fosfolipídios e triacilgliceróis
                                                              • 26.1.1. A síntese de fosfolipídios requer um intermediário ativado
                                                              • 26.1.2. Plasmalogênios e outros fosfolipídios de éter são sintetizados a partir de fosfato de dihidroxiacetona
                                                              • 26.1.3. Os esfingolipídios são sintetizados a partir da ceramida
                                                              • 26.1.4. Gangliosídeos são esfingolipídeos ricos em carboidratos que contêm açúcares ácidos
                                                              • 26.1.5. Esfingolipídios conferem diversidade na estrutura e função lipídica
                                                              • 26.1.6. Síndrome de desconforto respiratório e doença de Tay-Sachs resultam da interrupção do metabolismo lipídico
                                                              • 26.2.1. A síntese de mevalonato, que é ativado como isopentenil pirofosfato, inicia a síntese de colesterol
                                                              • 26.2.2. Esqualeno (C30) É Sintetizado a partir de Seis Moléculas de Isopentenil Pirofosfato (C5)
                                                              • 26.2.3. Esqualeno cicliza para formar colesterol
                                                              • 26.3.1. As lipoproteínas transportam colesterol e triacilgliceróis por todo o organismo
                                                              • 26.3.2. Os níveis sanguíneos de certas lipoproteínas podem servir para fins diagnósticos
                                                              • 26.3.3. Lipoproteínas de baixa densidade desempenham um papel central no metabolismo do colesterol
                                                              • 26.3.4. O receptor de LDL é uma proteína transmembrana com cinco regiões funcionais diferentes
                                                              • 26.3.5. A ausência do receptor de LDL leva à hipercolesteremia e aterosclerose
                                                              • 26.3.6. O gerenciamento clínico dos níveis de colesterol pode ser compreendido em um nível bioquímico
                                                              • Sais biliares
                                                              • Hormônios esteróides
                                                              • 26.4.1. A Nomenclatura dos Hormônios Esteróides
                                                              • 26.4.2. Os esteróides são hidroxilados pelas monooxigenases do citocromo P450 que utilizam NADPH e O2
                                                              • 26.4.3. O sistema Citocromo P450 é amplamente difundido e executa uma função protetora
                                                              • 26.4.4. A pregnenolona, ​​um precursor de muitos outros esteróides, é formada a partir do colesterol pela clivagem de sua cadeia lateral
                                                              • 26.4.5. A síntese de progesterona e corticosteróides a partir da pregnenolona
                                                              • 26.4.6. A síntese de androgênios e estrogênios a partir da pregnenolona
                                                              • 26.4.7. A vitamina D é derivada do colesterol pela atividade de divisão do anel da luz
                                                              • 26.4.8. Pirofosfato de isopentenila é um precursor para uma ampla variedade de biomoléculas
                                                              • Fosfatidato é um intermediário comum na síntese de fosfolipídios e triacilgliceróis
                                                              • O colesterol é sintetizado a partir da acetil coenzima A em três estágios
                                                              • A complexa regulação da biossíntese de colesterol ocorre em vários níveis
                                                              • Derivados importantes do colesterol incluem sais biliares e hormônios esteróides
                                                              • Termos chave
                                                              • Problema de mecanismo
                                                              • Problemas de interpretação de dados e integração de capítulos
                                                              • Onde começar
                                                              • Livros
                                                              • Fosfolipídios e esfingolipídios
                                                              • Biossíntese de colesterol e esteróides
                                                              • Lipoproteínas e seus receptores
                                                              • Ativação de oxigênio e catálise P450
                                                              • 27,1. O DNA pode assumir uma variedade de formas estruturais
                                                                • 27.1.1. A-DNA é uma dupla hélice com características diferentes daquelas do B-DNA mais comum
                                                                • 27.1.2. As ranhuras principais e secundárias são alinhadas por grupos de ligação de hidrogênio de sequência específica
                                                                • 27.1.3. Os resultados de estudos de cristais únicos de DNA revelaram variações locais na estrutura do DNA
                                                                • 27.1.4. Z-DNA é uma dupla hélice canhota na qual os fosfatos da espinha dorsal ziguezagueiam
                                                                • 27.2.1. Todas as DNA polimerases têm características estruturais em comum
                                                                • 27.2.2. Dois íons de metal ligados participam da reação da polimerase
                                                                • 27.2.3. A especificidade da replicação é determinada pela ligação de hidrogênio e pela complementaridade da forma entre as bases
                                                                • 27.2.4. Muitas polimerases revisam as bases recém-adicionadas e os erros de impostos
                                                                • 27.2.5. A separação de fitas de DNA requer helicases específicas e hidrólise de ATP
                                                                • 27.3.1. O número de ligação do DNA, uma propriedade topológica, determina o grau de superenrolamento
                                                                • 27.3.2. A torção helicoidal e as escritas supraelicais estão correlacionadas entre si por meio do número de ligação
                                                                • 27.3.3. Topoisomerases Tipo I relaxam estruturas superenroladas
                                                                • 27.3.4. Topoisomerases Tipo II podem introduzir Supercoils negativos por meio do acoplamento à hidrólise de ATP
                                                                • 27.4.1. Um primer de RNA sintetizado por Primase permite que a síntese de DNA comece
                                                                • 27.4.2.Um filamento de DNA é feito continuamente, enquanto o outro filamento é sintetizado em fragmentos
                                                                • 27.4.3. DNA ligase une extremidades de DNA em regiões duplex
                                                                • 27.4.4. A replicação de DNA requer polimerases altamente processivas
                                                                • 27.4.5. Os fios principais e atrasados ​​são sintetizados de forma coordenada
                                                                • 27.4.6. A síntese de DNA é mais complexa em eucariotos do que em procariotos
                                                                • 27.4.7. Telômeros são estruturas únicas nas extremidades dos cromossomos lineares
                                                                • 27.4.8. Os telômeros são replicados pela telomerase, uma polimerase especializada que carrega seu próprio modelo de RNA
                                                                • 27.5.1. As reações de recombinação procedem através dos intermediários de junção de Holliday
                                                                • 27.5.2. Recombinases são evolutivamente relacionadas a topoisomerases
                                                                • 27.6.1. Alguns mutagênicos químicos são bastante específicos
                                                                • 27.6.2. A luz ultravioleta produz dímeros de pirimidina
                                                                • 27.6.3. Uma variedade de vias de reparo de DNA são utilizadas
                                                                • 27.6.4. A presença de timina em vez de uracila no DNA permite o reparo da citosina desaminada
                                                                • 27.6.5. Muitos cânceres são causados ​​por reparo defeituoso do DNA
                                                                • 27.6.6. Algumas doenças genéticas são causadas pela expansão das repetições de três nucleotídeos
                                                                • 27.6.7. Muitos potenciais cancerígenos podem ser detectados por sua ação mutagênica em bactérias
                                                                • O DNA pode assumir uma variedade de formas estruturais
                                                                • As polimerases de DNA requerem um modelo e um primer
                                                                • DNA de cadeia dupla pode se enrolar para formar estruturas superenroladas
                                                                • A replicação de DNA de ambas as fitas procede rapidamente de locais de início específicos
                                                                • Moléculas de DNA de cadeia dupla com sequências semelhantes às vezes recombinadas
                                                                • As mutações são produzidas por vários tipos de alterações na sequência de base do DNA
                                                                • Termos chave
                                                                • Problemas de mecanismo
                                                                • Problemas de interpretação de dados e integração de capítulos
                                                                • Problema de mídia
                                                                • Por onde começar
                                                                • Livros
                                                                • Estrutura do DNA
                                                                • Topologia de DNA e topoisomerases
                                                                • Mecanismo de replicação
                                                                • DNA polimerases e outras enzimas de replicação
                                                                • Recombinases
                                                                • Mutações e reparo de DNA
                                                                • Reparo de DNA defeituoso e câncer
                                                                • 28,1. A transcrição é catalisada pela polimerase de RNA
                                                                  • 28.1.1. A transcrição é iniciada em sites promotores no modelo de DNA
                                                                  • 28.1.2. Subunidades Sigma de RNA polimerase reconhecem sites promotores
                                                                  • 28.1.3. A polimerase de RNA deve desenrolar o modelo de dupla hélice para que a transcrição ocorra
                                                                  • 28.1.4. Cadeias de RNA são formadas de novo e crescem na direção 5 & # x02032-to-3 & # x02032
                                                                  • 28.1.5. O alongamento ocorre nas bolhas de transcrição que se movem ao longo do modelo de DNA
                                                                  • 28.1.6. Um grampo de RNA seguido por vários resíduos de uracila encerra a transcrição de alguns genes
                                                                  • 28.1.7. A proteína Rho ajuda a encerrar a transcrição de alguns genes
                                                                  • 28.1.8. Precursores de transferência e RNA ribossomal são clivados e quimicamente modificados após a transcrição
                                                                  • 28.1.9. Inibidores de transcrição de antibióticos
                                                                  • 28.2.1. O RNA em células eucarióticas é sintetizado por três tipos de polimerase de RNA
                                                                  • 28.2.2. Elementos cis e transativos: fechaduras e chaves de transcrição
                                                                  • 28.2.3. A maioria dos promotores de RNA polimerase II contém uma caixa TATA perto do local de início da transcrição
                                                                  • 28.2.4. A proteína de ligação TATA-Box inicia a montagem do complexo de transcrição ativo
                                                                  • 28.2.5. Vários fatores de transcrição interagem com promotores eucarióticos
                                                                  • 28.2.6. Sequências de intensificador podem estimular a transcrição em locais de início a milhares de bases de distância
                                                                  • 28.3.1. As extremidades da transcrição pré-mRNA adquirem uma capa 5 & # x02032 e uma cauda 3 & # x02032 Poly (A)
                                                                  • 28.3.2. Edição de RNA muda as proteínas codificadas por mRNA
                                                                  • 28.3.3. Locais de emenda em precursores de mRNA são especificados por sequências nas extremidades dos íntrons
                                                                  • 28.3.4. A emenda consiste em duas reações de transesterificação
                                                                  • 28.3.5. Pequenos RNAs nucleares em spliceossomos catalisam o splicing de precursores de mRNA
                                                                  • 28.3.6. Algumas moléculas pré-mRNA podem ser combinadas de maneiras alternativas para produzir diferentes mRNAs
                                                                  • A transcrição é catalisada pela polimerase de RNA
                                                                  • A transcrição e tradução eucariótica são separadas no espaço e no tempo
                                                                  • Os produtos de transcrição de todas as três polimerases eucarióticas são processados
                                                                  • A descoberta do RNA catalítico foi reveladora no que diz respeito ao mecanismo e à evolução
                                                                  • Termos chave
                                                                  • Problema de mecanismo
                                                                  • Capítulo Problemas de integração
                                                                  • Problemas de interpretação de dados
                                                                  • Por onde começar
                                                                  • Livros
                                                                  • RNA polimerases
                                                                  • Iniciação e alongamento
                                                                  • Promotores, potencializadores e fatores de transcrição
                                                                  • Terminação
                                                                  • 5 & ​​# x02032-Formação de capa e poliadenilação
                                                                  • Edição de RNA
                                                                  • Splicing de precursores de mRNA
                                                                  • Self-splicing e catálise de RNA
                                                                  • 29,1. A síntese de proteínas requer a tradução de sequências de nucleotídeos em sequências de aminoácidos
                                                                    • 29.1.1. A síntese de proteínas longas requer uma baixa frequência de erro
                                                                    • 29.1.2. As moléculas de RNA de transferência têm um design comum
                                                                    • 29.1.3. O aminoácido ativado e o anticódon do tRNA estão nas extremidades opostas da molécula em forma de L
                                                                    • 29.2.1. Os aminoácidos são ativados pela primeira vez por adenilação
                                                                    • 29.2.2. Sintetases de aminoacil-tRNA têm locais de ativação de aminoácidos altamente discriminantes
                                                                    • 29.2.3. A revisão por Aminoacil-tRNA Synthetases Aumenta a Fidelidade da Síntese de Proteínas
                                                                    • 29.2.4. As sintetases reconhecem as alças anticódon e as hastes aceitadoras das moléculas de RNA de transferência
                                                                    • 29.2.5. Aminoacil-tRNA sintetases podem ser divididas em duas classes
                                                                    • 29.3.1. RNAs ribossômicos (5S, 16S e 23S rRNA) desempenham um papel central na síntese de proteínas
                                                                    • 29.3.2. Proteínas São Sintetizadas na Direção Amino-para-Carboxil
                                                                    • 29.3.3. O RNA mensageiro é traduzido na direção 5 & # x02032-to-3 & # x02032
                                                                    • 29.3.4. O sinal de início é AUG (ou GUG) precedido por várias bases que emparelham com rRNA 16S
                                                                    • 29.3.5. A síntese de proteínas bacterianas é iniciada por RNA de transferência de formilmetionil
                                                                    • 29.3.6. Os ribossomos têm três sítios de ligação de tRNA que unem as subunidades 30S e 50S
                                                                    • 29.3.7. A crescente cadeia polipeptídica é transferida entre tRNAs na formação de ligação peptídica
                                                                    • 29.3.8. Apenas as interações códon-anticódon determinam o aminoácido que está incorporado
                                                                    • 29.3.9. Algumas moléculas de RNA de transferência reconhecem mais de um códon devido à oscilação no emparelhamento de bases
                                                                    • 29.4.1. Formilmetionil-tRNAf É colocado no sítio P do ribossomo durante a formação do complexo de iniciação 70S
                                                                    • 29.4.2. Fatores de alongamento entregam aminoacil-tRNA ao ribossomo
                                                                    • 29.4.3. A formação de uma ligação peptídica é seguida pela translocação orientada por GTP de tRNAs e mRNA
                                                                    • 29.4.4. A síntese de proteínas é encerrada por fatores de liberação que lêem códons de parada
                                                                    • 29.5.1. Muitos antibióticos atuam inibindo a síntese de proteínas
                                                                    • 29.5.2. A toxina diftérica bloqueia a síntese de proteínas em eucariotos ao inibir a translocação
                                                                    • A síntese de proteínas requer a tradução de sequências de nucleotídeos em sequências de aminoácidos
                                                                    • Sintetases de transferência de aminoacil-RNA Leia o código genético
                                                                    • Um ribossomo é uma partícula de ribonucleoproteína (70S) composta de uma subunidade pequena (30S) e uma grande (50S)
                                                                    • Fatores de proteína desempenham papéis importantes na síntese de proteínas
                                                                    • A síntese de proteínas eucarióticas difere da síntese de proteínas procarióticas principalmente na iniciação da tradução
                                                                    • Termos chave
                                                                    • Problemas de mecanismo
                                                                    • Capítulo Problemas de integração
                                                                    • Problema de interpretação de dados
                                                                    • Problema de mídia
                                                                    • Onde começar
                                                                    • Livros
                                                                    • Aminoacil-tRNA sintetases
                                                                    • RNA de transferência
                                                                    • Ribossomos e RNAs ribossômicos
                                                                    • Fatores de iniciação
                                                                    • Fatores de alongamento
                                                                    • Formação e translocação da ligação peptídica
                                                                    • Terminação
                                                                    • Fidelidade e revisão
                                                                    • Síntese de proteínas eucarióticas
                                                                    • Antibióticos e toxinas
                                                                    • 30,1. Metabolismo consiste em vias altamente interconectadas
                                                                      • 30.1.1. Motivos recorrentes na regulação metabólica
                                                                      • 30.1.2. Principais vias metabólicas e locais de controle
                                                                      • 30.1.3. Principais junções: glicose 6-fosfato, piruvato e acetil-CoA
                                                                      • 30.3.1. Adaptações metabólicas na fome prolongada minimizam a degradação de proteínas
                                                                      • 30.3.2. Os distúrbios metabólicos no diabetes resultam da insuficiência relativa de insulina e do excesso de glucagon
                                                                      • 30.3.3. Homeostase calórica: um meio de regular o peso corporal
                                                                      • Metabolismo consiste em vias altamente interconectadas
                                                                      • Cada órgão tem um perfil metabólico único
                                                                      • A ingestão de alimentos e a fome induzem alterações metabólicas
                                                                      • A escolha do combustível durante o exercício é determinada pela intensidade e duração da atividade
                                                                      • O etanol altera o metabolismo energético do fígado
                                                                      • Termos chave
                                                                      • Onde começar
                                                                      • Livros
                                                                      • Metabolismo de combustível
                                                                      • Adaptações metabólicas na inanição
                                                                      • Diabetes mellitus
                                                                      • Metabolismo do exercício
                                                                      • Metabolismo do etanol
                                                                      • 31,1. Proteínas de ligação a DNA procariótica ligam-se especificamente a locais regulatórios em operons
                                                                        • 31.1.1. Um operon consiste em elementos reguladores e genes que codificam proteínas
                                                                        • 31.1.2. o laca Operador tem uma sequência de base simétrica
                                                                        • 31.1.3. o laca Proteína Repressora na Ausência de Lactose Liga-se ao Operador e Bloqueia a Transcrição
                                                                        • 31.1.4. A ligação do ligante pode induzir mudanças estruturais nas proteínas reguladoras
                                                                        • 31.1.5. O Operon é uma unidade reguladora comum em procariontes
                                                                        • 31.1.6. A transcrição pode ser estimulada por proteínas que contatam a polimerase de RNA
                                                                        • 31.1.7. O motivo Helix-Turn-Helix é comum a muitas proteínas de ligação a DNA procarióticas
                                                                        • 31.2.1. Os nucleossomos são complexos de DNA e histonas
                                                                        • 31.2.2. O DNA eucariótico é enrolado em histonas para formar nucleossomos
                                                                        • 31.2.3. O controle da expressão gênica requer remodelação da cromatina
                                                                        • 31.2.4. Intensificadores podem estimular a transcrição por perturbação da estrutura da cromatina
                                                                        • 31.2.5. A modificação do DNA pode alterar os padrões de expressão gênica
                                                                        • 31.3.1. Esteroides e moléculas hidrofóbicas relacionadas passam através de membranas e se ligam a receptores de ligação a DNA
                                                                        • 31.3.2. Receptores de hormônios nucleares regulam a transcrição recrutando coativadores e co-compressores para o complexo de transcrição
                                                                        • 31.3.3. Receptores de hormônios esteróides são alvos de drogas
                                                                        • 31.3.4. Estrutura da cromatina é modulada por meio de modificações covalentes de caudas de histonas
                                                                        • 31.3.5. Histona desacetilases contribuem para a repressão transcricional
                                                                        • 31.3.6. A ligação do ligante a receptores de membrana pode regular a transcrição por meio de cascatas de fosforilação
                                                                        • 31.3.7. Estrutura da cromatina diminui efetivamente o tamanho do genoma
                                                                        • 31.4.1. A atenuação é um mecanismo procariótico para regular a transcrição por meio da modulação da estrutura secundária do RNA nascente
                                                                        • 31.4.2. Genes associados ao metabolismo do ferro são regulados de forma translacional em animais
                                                                        • Proteínas de ligação a DNA procariótica ligam-se especificamente a locais regulatórios em operons
                                                                        • A maior complexidade dos genomas eucarióticos requer mecanismos elaborados para a regulação do gene
                                                                        • Ativação e repressão transcricional são mediadas por interações proteína-proteína
                                                                        • A expressão gênica pode ser controlada em níveis pós-transcricionais
                                                                        • Termos chave
                                                                        • Problema de mecanismo
                                                                        • Capítulo Problema de Integração
                                                                        • Problema de interpretação de dados
                                                                        • Onde começar
                                                                        • Livros
                                                                        • Regulação de genes procarióticos
                                                                        • Nucleossomos e histonas
                                                                        • Receptores de hormônio nuclear
                                                                        • Cromatina e remodelação da cromatina
                                                                        • Regulação pós-transcricional
                                                                        • Aspectos históricos
                                                                        • Capítulo 32. Sistemas sensoriais
                                                                          • 32,1. Uma ampla variedade de compostos orgânicos são detectados pelo olfato
                                                                            • 32.1.1. Olfato é mediado por uma enorme família de receptores de sete hélices transmembrana
                                                                            • 32.1.2. Odorantes são decodificados por um mecanismo combinatório
                                                                            • 32.1.3. A ressonância magnética funcional revela regiões do cérebro, processando informações sensoriais
                                                                            • 32.2.1. O sequenciamento do genoma humano levou à descoberta de uma grande família de receptores amargos 7TM
                                                                            • 32.2.2. Uma família de receptores 7TM quase certamente respondem a compostos doces
                                                                            • 32.2.3. Sabores salgados são detectados principalmente pela passagem de íons de sódio pelos canais
                                                                            • 32.2.4. O gosto azedo surge dos efeitos dos íons de hidrogênio (ácidos) nos canais
                                                                            • 32.2.5. Umami, o sabor do glutamato, é detectado por uma forma especializada de receptor de glutamato
                                                                            • 32.3.1. A rodopsina, um receptor especializado 7TM, absorve luz visível
                                                                            • 32.3.2. A absorção de luz induz uma isomerização específica do limite 11-cis-Retinal
                                                                            • 32.3.3. Redução induzida pela luz da recuperação das coordenadas do nível de cálcio
                                                                            • 32.3.4. A visão das cores é mediada por três receptores de cone que são homólogos da rodopsina
                                                                            • 32.3.5. Reorganizações nos genes para os pigmentos verde e vermelho levam a & # x0201c cegueira para cores & # x0201d
                                                                            • 32.4.1. Células capilares usam um feixe conectado de estereocílios para detectar pequenos movimentos
                                                                            • 32.4.2. Canais mecanossensoriais foram identificados em Drosófila e bactérias
                                                                            • 32.5.1. Estudos de capsaicina, o ingrediente ativo em & # x0201cHot & # x0201d pimentas, revelam um receptor para detectar altas temperaturas e outros estímulos dolorosos
                                                                            • 32.5.2. Sistemas sensoriais sutis detectam outros fatores ambientais, como o campo magnético da Terra
                                                                            • Olfato, paladar, visão, audição e tato são baseados em vias de transdução de sinal ativadas por sinais do ambiente
                                                                            • Uma ampla variedade de compostos orgânicos são detectados pelo olfato
                                                                            • O gosto é uma combinação de sentidos que funcionam por diferentes mecanismos
                                                                            • Moléculas fotorreceptoras no olho detectam luz visível
                                                                            • A audição depende da detecção rápida de estímulos mecânicos
                                                                            • O toque inclui a detecção de pressão, temperatura e outros fatores
                                                                            • Termos chave
                                                                            • Capítulo Problema de Integração
                                                                            • Problema de mecanismo
                                                                            • Problemas de mídia
                                                                            • Onde começar
                                                                            • Olfato
                                                                            • Gosto
                                                                            • Visão
                                                                            • Audição
                                                                            • Recepção de toque e dor
                                                                            • Outros sistemas sensoriais
                                                                            • 33,1. Os anticorpos possuem unidades distintas de ligação a antígeno e efetoras
                                                                            • 33,2. A dobra de imunoglobulina consiste em uma estrutura beta-sanduíche com loops hipervariáveis
                                                                            • 33,3. Anticorpos ligam moléculas específicas por meio de seus loops hipervariáveis
                                                                              • 33.3.1. Análises de raios-X revelaram como os anticorpos se ligam aos antígenos
                                                                              • 33.3.2. Grandes Antígenos Ligam-se a Anticorpos com Numerosas Interações
                                                                              • 33.4.1. Os genes J (juntando) e os genes D (diversidade) aumentam a diversidade de anticorpos
                                                                              • 33.4.2. Mais de 10 8 anticorpos podem ser formados por associação combinatória e mutação somática
                                                                              • 33.4.3. A oligomerização de anticorpos expressos na superfície de células B imaturas desencadeia a secreção de anticorpos
                                                                              • 33.4.4. Diferentes classes de anticorpos são formadas pelo salto de VH Genes
                                                                              • 33.5.1. Peptídeos apresentados por proteínas MHC ocupam um sulco profundo flanqueado por Alpha Helices
                                                                              • 33.5.2. Receptores de células T são proteínas semelhantes a anticorpos contendo regiões variáveis ​​e constantes
                                                                              • 33.5.3. CD8 em células T citotóxicas age em concerto com receptores de células T
                                                                              • 33.5.4. Células T auxiliares estimulam células que exibem peptídeos estranhos ligados a proteínas MHC de classe II
                                                                              • 33.5.5. Células T auxiliares dependem do receptor de células T e CD4 para reconhecer peptídeos estranhos em células que apresentam antígenos
                                                                              • 33.5.6. Proteínas MHC São Altamente Diversas
                                                                              • 33.5.7. Os vírus da imunodeficiência humana subvertem o sistema imunológico destruindo células T auxiliares
                                                                              • 33.6.1. As células T estão sujeitas à seleção positiva e negativa no timo
                                                                              • 33.6.2. Doenças autoimunes resultam da geração de respostas imunológicas contra autoantígenos
                                                                              • 33.6.3. O sistema imunológico desempenha um papel na prevenção do câncer
                                                                              • Os anticorpos possuem unidades distintas de ligação a antígeno e efetoras
                                                                              • A dobra de imunoglobulina consiste em uma estrutura beta-sanduíche com loops hipervariáveis
                                                                              • Anticorpos ligam moléculas específicas por meio de seus loops hipervariáveis
                                                                              • Diversidade é gerada por rearranjos de genes
                                                                              • Proteínas do complexo principal de histocompatibilidade apresentam antígenos peptídicos nas superfícies celulares para reconhecimento por receptores de células T
                                                                              • Respostas imunológicas contra autoantígenos são suprimidas
                                                                              • Termos chave
                                                                              • Problema de mecanismo
                                                                              • Capítulo Problema de Integração
                                                                              • Problema de interpretação de dados
                                                                              • Onde começar
                                                                              • Livros
                                                                              • Estrutura de anticorpos e complexos de antígeno-anticorpo
                                                                              • Geração de diversidade
                                                                              • Proteínas MHC e processamento de antígenos
                                                                              • Receptores de células T e complexos de sinalização
                                                                              • HIV e AIDS
                                                                              • Descoberta dos principais conceitos
                                                                              • 34,1. A maioria das proteínas motoras moleculares são membros da superfamília P-Loop NTPase
                                                                                • 34.1.1. Uma proteína motora consiste em um núcleo de ATPase e uma estrutura estendida
                                                                                • 34.1.2. A ligação e hidrólise de ATP induzem alterações na conformação e afinidade de ligação das proteínas motoras
                                                                                • 34.2.1. O músculo é um complexo de miosina e actina
                                                                                • 34.2.2. Actina é um polímero polar, auto-montado e dinâmico
                                                                                • 34.2.3. Os movimentos das proteínas monomotoras podem ser observados diretamente
                                                                                • 34.2.4. A liberação de fosfato desencadeia o golpe de força de miosina
                                                                                • 34.2.5. O comprimento do braço da alavanca determina a velocidade do motor
                                                                                • 34.3.1. Microtúbulos são polímeros cilíndricos ocos
                                                                                • 34.3.2. O movimento Kinesin é altamente processivo
                                                                                • 34.3.3. Pequenas mudanças estruturais podem reverter a polaridade do motor
                                                                                • 34.4.1. As bactérias nadam girando seus flagelos
                                                                                • 34.4.2. O fluxo de prótons impulsiona a rotação bacteriana flagelar
                                                                                • 34.4.3. A quimiotaxia bacteriana depende da reversão da direção da rotação flagelar
                                                                                • A maioria das proteínas motoras moleculares são membros da superfamília P-Loop NTPase
                                                                                • Miosinas se movem ao longo dos filamentos de actina
                                                                                • Kinesin e Dynein se movem ao longo dos microtúbulos
                                                                                • Um motor rotativo impulsiona o movimento bacteriano
                                                                                • Termos chave
                                                                                • Problema de mecanismo
                                                                                • Capítulo Problema de Integração
                                                                                • Problema de interpretação de dados
                                                                                • Onde começar
                                                                                • Livros
                                                                                • Miosina e actina
                                                                                • Cinesina, dineína e microtúbulos
                                                                                • Movimento bacteriano e quimiotaxia
                                                                                • Aspectos históricos
                                                                                • Apêndice A: Constantes Físicas e Conversão de Unidades
                                                                                • Apêndice B: Constantes de Acidez
                                                                                • Apêndice C: Comprimentos de Bond padrão

                                                                                Por acordo com a editora, este livro pode ser acessado pelo recurso de pesquisa, mas não pode ser navegado.


                                                                                A competição pode ter consequências além das interações típicas de predador e presa que mantêm as populações sob controle. Quando uma espécie perde alimento e habitat, pode ser ameaçada de extinção ou extinta. A caça e a urbanização têm desempenhado um papel importante na perda de espécies.

                                                                                Por exemplo, os pombos-passageiros já chegaram a bilhões de Nova York à Califórnia antes de serem caçados e expulsos de suas áreas de nidificação nativas.

                                                                                De acordo com o Museu Americano de História Natural, a crescente população de humanos no planeta representa a maior ameaça para outras espécies. Os humanos exploram milhares de espécies e esgotam os recursos naturais limitados para manter estilos de vida confortáveis. O excesso de consumo humano deixa menos recursos para outras espécies que não podem competir com a atividade humana.

                                                                                As ameaças contínuas ao ecossistema incluem aquecimento global, poluição, desmatamento, pesca excessiva e introdução de espécies invasoras.


                                                                                A frente de propagação de espécies invasoras em habitat favorável ou habitat desfavorável ☆

                                                                                A heterogeneidade espacial e as características do habitat são mostradas para determinar o perfil assintótico da solução para um modelo de reação-difusão com limite livre, que descreve a frente móvel das espécies invasoras. Um valor limite R 0 Fr (D, t) é introduzido para determinar a propagação e o desaparecimento das espécies invasoras. Provamos que se R 0 Fr (D, t 0) ⩾ 1 para algum t 0 ⩾ 0, o espalhamento deve acontecer, enquanto se R 0 Fr (D, 0) & lt 1, o espalhamento também é possível. Nossos resultados mostram que as espécies no habitat favorável podem se estabelecer se a difusão for lenta ou se o habitat de ocupação for grande. Em um habitat desfavorável, a espécie morre se o valor inicial da espécie for pequeno. No entanto, grande número inicial de espécies é benéfico para a sobrevivência da espécie. Quando a espécie se espalha por todo o habitat, a velocidade de propagação assintótica é dada. Algumas implicações desses resultados teóricos também são discutidas.


                                                                                6.2 Metabolismo

                                                                                Metabolismo (do grego: μεταβολή metabolē, “mudança”) é o conjunto de reações químicas que sustentam a vida nos organismos.Os três objetivos principais do metabolismo são: a conversão de alimentos em energia para executar processos celulares, a conversão de alimentos / combustível em blocos de construção para proteínas, lipídios, ácidos nucléicos e alguns carboidratos e a eliminação de resíduos nitrogenados. Essas reações catalisadas por enzimas permitem que os organismos cresçam e se reproduzam, mantenham suas estruturas e respondam a seus ambientes. (A palavra metabolismo também pode se referir à soma de todas as reações químicas que ocorrem em organismos vivos, incluindo a digestão e o transporte de substâncias para dentro e entre diferentes células, caso em que o conjunto de reações descrito acima dentro das células é chamado de metabolismo intermediário ou metabolismo intermediário).

                                                                                As reações metabólicas podem ser categorizadas como catabólicas - a quebra de compostos (por exemplo, a quebra de glicose em piruvato pela respiração celular) ou anabólicas - a construção (síntese) de compostos (como proteínas, carboidratos, lipídios e nucleicos ácidos). Normalmente, o catabolismo libera energia e o anabolismo consome energia.

                                                                                As reações químicas do metabolismo são organizadas em vias metabólicas, nas quais uma substância química é transformada por meio de uma série de etapas em outra química, cada etapa sendo facilitada por uma enzima específica. As enzimas são cruciais para o metabolismo porque permitem que os organismos conduzam as reações desejáveis ​​que requerem energia que não ocorrerão por si mesmas, acoplando-as a reações espontâneas que liberam energia. As enzimas atuam como catalisadores - permitem que uma reação prossiga mais rapidamente - e também permitem a regulação da taxa de uma reação metabólica, por exemplo, em resposta a mudanças no ambiente da célula ou a sinais de outras células.

                                                                                O sistema metabólico de um determinado organismo determina quais substâncias ele achará nutritivas e quais venenosas. Por exemplo, alguns procariontes usam sulfeto de hidrogênio como nutriente, mas esse gás é venenoso para os animais. A taxa metabólica basal de um organismo é a medida da quantidade de energia consumida por todas essas reações químicas.

                                                                                Uma característica marcante do metabolismo é a semelhança das vias metabólicas básicas entre espécies muito diferentes. Por exemplo, o conjunto de ácidos carboxílicos mais conhecidos como intermediários no ciclo do ácido cítrico estão presentes em todos os organismos conhecidos, sendo encontrados em espécies tão diversas como a bactéria unicelular Escherichia coli e enormes organismos multicelulares como os elefantes. Essas semelhanças nas vias metabólicas são provavelmente devido ao seu aparecimento precoce na história evolutiva e sua retenção devido à sua eficácia. O metabolismo das células cancerosas também é diferente do metabolismo das células normais e essas diferenças podem ser usadas para encontrar alvos para intervenção terapêutica no câncer.

                                                                                A maioria das estruturas que compõem os animais, plantas e micróbios são feitas de quatro classes básicas de moléculas: aminoácidos, carboidratos, ácidos nucléicos e lipídios (freqüentemente chamados de gorduras). Como essas moléculas são vitais para a vida, as reações metabólicas se concentram em fazer essas moléculas durante a construção de células e tecidos, ou quebrá-las e usá-las como fonte de energia, por meio de sua digestão. Esses compostos bioquímicos podem ser unidos para formar polímeros como DNA e proteínas, macromoléculas essenciais da vida.

                                                                                Tabela 6.1: As três macromoléculas poliméricas essenciais da vida
                                                                                Tipo de molécula Nome das formas monoméricas Nome das formas de polímero Exemplos de formas poliméricas
                                                                                Aminoácidos Aminoácidos Proteínas (feitas de polipeptídeos) Proteínas fibrosas e proteínas globulares
                                                                                Carboidratos Monossacarídeos Polissacarídeos Amido, glicogênio e celulose
                                                                                Ácidos nucleicos Nucleotídeos Polinucleotídeos DNA e RNA

                                                                                A história do estudo científico do metabolismo se estende por vários séculos e passou do exame de animais inteiros nos primeiros estudos para o exame de reações metabólicas individuais na bioquímica moderna. Os primeiros experimentos controlados no metabolismo humano foram publicados por Santorio Santorio em 1614 em seu livro Ars de statica medicina. Ele descreveu como se pesava antes e depois de comer, dormir, trabalhar, fazer sexo, jejuar, beber e excretar. Ele descobriu que a maior parte da comida que ingeria se perdia no que chamou de “transpiração insensível”.

                                                                                Nesses primeiros estudos, os mecanismos desses processos metabólicos não haviam sido identificados e pensava-se que uma força vital animava o tecido vivo. No século 19, ao estudar a fermentação do açúcar em álcool pela levedura, Louis Pasteur concluiu que a fermentação era catalisada por substâncias contidas nas células da levedura que ele chamou de “fermentos”. Ele escreveu que “a fermentação alcoólica é um ato correlacionado com a vida e organização das células de levedura, não com a morte ou putrefação das células”. Esta descoberta, juntamente com a publicação de Friedrich Wöhler em 1828 de um artigo sobre a síntese química da ureia, é notável por ser o primeiro composto orgânico preparado a partir de precursores totalmente inorgânicos. Isso provou que os compostos orgânicos e as reações químicas encontradas nas células não eram diferentes, em princípio, de qualquer outra parte da química.

                                                                                Foi a descoberta das enzimas no início do século 20 por Eduard Buchner que separou o estudo das reações químicas do metabolismo do estudo biológico das células e marcou o início da bioquímica. A massa de conhecimento bioquímico cresceu rapidamente ao longo do início do século XX. Um dos mais prolíficos desses bioquímicos modernos foi Hans Krebs, que fez grandes contribuições ao estudo do metabolismo. Ele descobriu o ciclo da ureia e, posteriormente, trabalhando com Hans Kornberg, o ciclo do ácido cítrico e o ciclo do glioxilato. A pesquisa bioquímica moderna tem sido muito auxiliada pelo desenvolvimento de novas técnicas, como cromatografia, difração de raios-X, espectroscopia de RMN, marcação radioisotópica, microscopia eletrônica e simulações de dinâmica molecular. Essas técnicas permitiram a descoberta e análise detalhada das muitas moléculas e vias metabólicas nas células.

                                                                                6.2.1 Catabolismo

                                                                                Catabolismo é o conjunto de processos metabólicos que quebram grandes moléculas. Isso inclui quebrar e oxidar as moléculas dos alimentos. O objetivo das reações catabólicas é fornecer a energia e os componentes necessários para as reações anabólicas que constroem as moléculas. A natureza exata dessas reações catabólicas difere de organismo para organismo, e os organismos podem ser classificados com base em suas fontes de energia e carbono (seus grupos nutricionais primários), conforme mostrado na tabela abaixo. As moléculas orgânicas são usadas como fonte de energia pelos organotróficos, enquanto os litotróficos usam substratos inorgânicos e os fototróficos capturam a luz solar como energia química. No entanto, todas essas diferentes formas de metabolismo dependem de reações redox que envolvem a transferência de elétrons de moléculas doadoras reduzidas, como moléculas orgânicas, água, amônia, sulfeto de hidrogênio ou íons ferrosos, para moléculas aceitadoras como oxigênio, nitrato ou sulfato. Em animais, essas reações envolvem moléculas orgânicas complexas que são quebradas em moléculas mais simples, como dióxido de carbono e água. Em organismos fotossintéticos, como plantas e cianobactérias, essas reações de transferência de elétrons não liberam energia, mas são usadas como uma forma de armazenar a energia absorvida da luz solar.

                                                                                O conjunto mais comum de reações catabólicas em animais pode ser dividido em três estágios principais. No primeiro estágio, grandes moléculas orgânicas, como proteínas, polissacarídeos ou lipídios, são digeridas em seus componentes menores fora das células. Em seguida, essas moléculas menores são captadas pelas células e convertidas em moléculas menores, geralmente acetil coenzima A (acetil-CoA), que libera alguma energia. Finalmente, o grupo acetil no CoA é oxidado a água e dióxido de carbono no ciclo do ácido cítrico e na cadeia de transporte de elétrons, liberando a energia que é armazenada pela redução da coenzima nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD +) em NADH.

                                                                                6.2.2 Digestão

                                                                                As macromoléculas não podem ser processadas diretamente pelas células. As macromoléculas devem ser divididas em unidades menores antes que possam ser usadas no metabolismo celular. Diferentes classes de enzimas estavam sendo usadas para digerir esses polímeros. Essas enzimas digestivas incluem proteases que digerem proteínas em aminoácidos, bem como glicosídeos hidrolases que digerem polissacarídeos em açúcares simples conhecidos como monossacarídeos

                                                                                Os micróbios simplesmente secretam enzimas digestivas em seu ambiente, enquanto os animais secretam essas enzimas apenas de células especializadas em seus intestinos, incluindo o estômago, o pâncreas e as glândulas salivares. Os aminoácidos ou açúcares liberados por essas enzimas extracelulares são então bombeados para as células por proteínas de transporte ativo.

                                                                                6.2.3 Energia de compostos orgânicos

                                                                                O catabolismo de carboidratos é a decomposição dos carboidratos em unidades menores. Os carboidratos são geralmente introduzidos nas células depois de digeridos em monossacarídeos. Uma vez lá dentro, a principal via de degradação é a glicólise, onde açúcares como glicose e frutose são convertidos em piruvato e algum ATP é gerado. O piruvato é um intermediário em várias vias metabólicas, mas a maioria é convertida em acetil-CoA por meio da glicólise aeróbia (com oxigênio) e alimentada no ciclo do ácido cítrico. Embora um pouco mais de ATP seja gerado no ciclo do ácido cítrico, o produto mais importante é o NADH, que é feito de NAD + à medida que o acetil-CoA é oxidado. Esta oxidação libera dióxido de carbono como um produto residual. Em condições anaeróbias, a glicólise produz lactato, através da enzima lactato desidrogenase que reoxida NADH em NAD + para reutilização na glicólise. Uma rota alternativa para a quebra da glicose é a via da pentose fosfato, que reduz a coenzima NADPH e produz açúcares pentoses como a ribose, o açúcar componente dos ácidos nucléicos.

                                                                                As gorduras são catabolizadas por hidrólise em ácidos graxos livres e glicerol. O glicerol entra na glicólise e os ácidos graxos são decompostos pela oxidação beta para liberar acetil-CoA, que então é alimentado no ciclo do ácido cítrico. Os ácidos graxos liberam mais energia na oxidação do que os carboidratos porque os carboidratos contêm mais oxigênio em suas estruturas. Os esteróides também são decompostos por algumas bactérias em um processo semelhante à oxidação beta, e esse processo de decomposição envolve a liberação de quantidades significativas de acetil-CoA, propionil-CoA e piruvato, que podem ser usados ​​pela célula como energia. O M. tuberculosis também pode crescer no colesterol lipídico como única fonte de carbono, e os genes envolvidos na (s) via (s) de uso do colesterol foram validados como importantes durante vários estágios do ciclo de vida da infecção do M. tuberculosis.

                                                                                Os aminoácidos são usados ​​para sintetizar proteínas e outras biomoléculas ou oxidados em uréia e dióxido de carbono como fonte de energia. A via de oxidação começa com a remoção do grupo amino por uma transaminase. O grupo amino é alimentado no ciclo da ureia, deixando um esqueleto de carbono desaminado na forma de um cetoácido. Vários desses cetoácidos são intermediários no ciclo do ácido cítrico, por exemplo, a desaminação do glutamato forma α-cetoglutarato. Os aminoácidos glicogênicos também podem ser convertidos em glicose, por meio da gliconeogênese (discutida a seguir).


                                                                                2 respostas 2

                                                                                As enzimas não precisam de interações físicas para acoplar as reações. Algumas enzimas compartilham subunidades fisicamente associadas, mas este é um caso especial. A revisão a seguir dá uma espécie de exemplo geral durante a glicólise,

                                                                                Por exemplo, na via bioquímica que decompõe a glicose para obter energia, duas enzimas trabalham uma após a outra para criar uma molécula de ATP de alta energia:

                                                                                Também podemos observar a reação da peptidiltransferase durante a etapa de alongamento na tradução. Anteriormente, uma aminoacil tRNA sintetase catalisou a adição covalente de um aminoácido a seu tRNA associado. A energia da quebra dessa ligação no ribossomo fornece energia para a peptidiltransferase ligar os dois aminoácidos. Isso não está assumindo o ATP / GTP necessário para fatores de alongamento, etc.


                                                                                O que são reações espontâneas

                                                                                As reações espontâneas referem-se às reações químicas que ocorrem sem serem impulsionadas por uma força externa. As duas forças motrizes de uma reação química são entalpia e entropia. A entalpia é uma propriedade termodinâmica de um sistema que é a soma da energia interna adicionada ao produto da pressão e do volume do sistema. Entropia é a outra propriedade termodinâmica responsável pela energia térmica do sistema por unidade de temperatura. Ele descreve a aleatoriedade e a desordem das moléculas. Quando a ocorrência de uma reação química diminui a entalpia e aumenta a entropia do sistema, é considerada uma reação favorável. Como as reações espontâneas preenchem as duas condições acima, elas ocorrem sem intervenção interna.

                                                                                Figura 1: Combustão de madeira

                                                                                A combustão é um exemplo de reações espontâneas. Os produtos do fogo consistem parcialmente em dois gases: dióxido de carbono e vapor d'água. A combustão gera calor. Portanto, é uma reação exergônica. O calor aumenta a entropia do sistema. Mas, a entropia dos produtos da combustão tem uma entropia reduzida.


                                                                                Os limites da vida orgânica em sistemas planetários (2007)

                                                                                Para buscar restrições adicionais aos limites da vida, o comitê considerou tópicos relacionados à origem da vida. Há uma distinção clara entre ambientes que são habitáveis ​​e ambientes que podem suportar o surgimento de matéria animada a partir de matéria inanimada. De fato, muitos observadores acreditam que, embora a superfície da Terra moderna seja um ambiente habitável, a vida não poderia emergir aqui agora. De acordo com esse pensamento, o dioxigênio que está presente na atual atmosfera terrestre seria tóxico para qualquer forma de vida primitiva que pudesse surgir espontaneamente.

                                                                                É concebível que se entendêssemos os processos pelos quais a vida surge, poderíamos restringir a existência de vida a um pequeno número de locais, a um conjunto semelhante de espécies orgânicas ou a um número menor de fases líquidas do que a termodinâmica mais geral. a tricotomia estrutura-solvente, discutida acima, seria tolerada. Isso, por sua vez, seria considerado ao lado de modelos emergentes de formação planetária para fornecer uma melhor direção para os alvos das missões da Administração Nacional da Aeronáutica e do Espaço (NASA) no sistema solar.

                                                                                Cinquenta anos de esforço mostraram que é difícil modelar como a vida pode ter se originado em qualquer ambiente específico. O comitê reconheceu que é ainda mais difícil considerar como a vida pode ter surgido em um ambiente genérico. Os detalhes de um ambiente quase certamente determinam como a vida pode surgir.

                                                                                O ambiente na Terra primitiva não está bem definido. O comitê recomenda que mais informações sejam obtidas das missões, especialmente para cometas, e que modelos de formação planetária continuem sendo desenvolvidos. Não é certo que a vida terrena tenha se originado na Terra. Com base em várias considerações - incluindo a abundância de água, a escassez de alguns minerais e a natureza da atmosfera modelada para os primórdios da Terra - vários autores sugeriram que a vida na Terra se originou em outro lugar, incluindo locais tão próximos como Marte e tão distantes quanto nebulosas galácticas. O registro geológico é considerado intacto para 4,5 Ga em Marte e Ceres, então ainda pode haver assinaturas mineralógicas e isotópicas indicando vida passada. No entanto, a detecção de sinais de vida passada não seria evidência de que Marte ou Ceres tiveram uma origem de vida separada da origem da Terra e não forneceria evidências de que ocorreu a panspermia. Na ausência de informações firmes sobre os requisitos para a origem da vida como a conhecemos e os mecanismos de sua formação, tal especulação parece prematura. Nosso conhecimento dos ambientes nessas localidades remotas há vários bilhões de anos é ainda menos completo do que nossa compreensão da Terra primitiva.

                                                                                Também não está claro se a vida terrena se originou na Terra na forma química que conhecemos agora. Hipóteses respeitáveis ​​sugerem, por exemplo, que o sistema de três biopolímeros (DNA-RNA-proteínas) que caracteriza toda a vida que conhecemos na Terra, um sistema no qual os ácidos nucléicos desempenham papéis predominantemente na genética e na transferência de informações e as proteínas desempenham papéis predominantemente em a catálise pode não ter sido característica da vida quando ela se originou. Apenas uma dessas entidades químicas complexas pode ter sido representada na vida primitiva, ou talvez nenhuma.

                                                                                Várias hipóteses argumentam que o RNA foi o único componente geneticamente codificado da catálise biológica durante um episódio anterior da vida na Terra. Alguns outros consideram essa afirmação verdadeira para a primeira forma de vida na Terra (a hipótese do RNA primeiro). Outros argumentaram que a primeira forma de vida na Terra foi sustentada por moléculas genéticas que tinham estruturas bem diferentes da estrutura do DNA ou RNA.

                                                                                Alguns até argumentaram que o material genético original era mineral, não orgânico. 1, 2 Eles sugerem que um replicador verdadeiramente primitivo pode ter sido um mineral inorgânico em camadas, cristalizando a partir da solução e no processo amplificando alguma permutação particular de empilhamento: camadas idênticas empilhadas umas sobre as outras em orientações diferentes ou pilhas de dois ou mais camadas quimicamente diferentes. A & ldquoinformação & rdquo seria a sequência particular de empilhamento de um cristal exibida como um código de barras em suas bordas e mantida e estendida através do crescimento do cristal com íons, ou pequenas unidades moleculares, adicionando apenas às bordas. As sequências de empilhamento também especificariam propriedades fenotípicas particulares que permitiriam a competição darwiniana.

                                                                                Como fica evidente na Seção 5.7, pode-se argumentar que as primeiras formas de vida na Terra não continham nenhuma macromolécula e que a hereditariedade era carregada pelos monômeros 3 - ainda é outra rota para exploração futura.

                                                                                5.1SÍNTESE DE LABORATÓRIO DE MONÔMEROS ORGÂNICOS

                                                                                Já se passaram mais de 50 anos desde que Stanley Miller explorou pela primeira vez as reações químicas induzidas eletricamente que podem converter gases simples em pequenas moléculas orgânicas. 4 A produção de aminoácidos foi demonstrada com especial facilidade. Mais recentemente, a atmosfera altamente redutora usada por Miller caiu em desgraça como representante da provável atmosfera na Terra primitiva (embora Kasting tenha mostrado que o impacto de um grande asteróide com ferro causa uma atmosfera redutora transitória 5). Mesmo com modelos mais contemporâneos de atmosferas planetárias primitivas, no entanto, descargas elétricas, radiação ultravioleta e outras fontes de energia são adequadas para a criação de espécies orgânicas. Por exemplo, o Quadro 5.1 lista compostos, chamados de & ldquotolinas & rdquo, produzidos em ambientes relativamente oxidantes sob essas condições.

                                                                                Compostos orgânicos identificados em misturas de Tholin

                                                                                FONTE: Derivado de Sagan, C., Khare, N.B., Bandurski, L.E., e Batholomew, N., 1978, sólidos orgânicos fotoproduzidos ultravioleta sintetizados sob condições simuladas de Júpiter: Análise molecular, Ciência 199: 1199-1201 Sagan, C., e Khare, N.B., 1979, Tholins: Organic Chemistry of Interstellar Grains and Gas, Natureza 277: 102-107 e Pietrogrande, MC, Coll, P., Sternberg, R., Szopa, C., Navarro-Gonzalez, R., Vidal-Madjar, C., e Dondi, F., 2001, Analysis of complex misturas recuperadas de missões espaciais: abordagem estatística para o estudo de tholins análogos da atmosfera de Titã, J. Chromatogr. UMA. 939:69-77.

                                                                                TABELA 5.1 Carbono no meteorito Murchison

                                                                                Carbono como grãos interestelares

                                                                                FONTE: Modificado após J.R. Cronin, & ldquoClues from the Origin of the Solar System: Meteorites, & rdquo pp. 119-146 em As origens moleculares de Vida: Montando as peças do quebra-cabeça, A. Brack A. (ed.), Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 1998.

                                                                                Experimentos semelhantes geraram rotas não biológicas para a síntese de outras moléculas orgânicas, incluindo algumas moléculas que são usadas em nossa própria bioquímica. Por exemplo, a síntese de Or & oacute-Orgel explora a reatividade do HCN para produzir adenina (C5H5N5), uma das cinco nucleobases usadas para armazenar informações no DNA e no RNA. A síntese análoga gera adenina a partir da formamida.

                                                                                A complexidade dos produtos de adição de energia a misturas orgânicas simples, incluindo a complexidade dos tholins, tem uma desvantagem. A diversidade de produtos é tão grande nesses experimentos em química pré-biótica que eles não limitam muito o inventário de espécies orgânicas que podem ter estado presentes na Terra primitiva.

                                                                                5.2DISPONIBILIDADE NATURAL DE MOLÉCULAS SEMELHANTES BIOLÓGICAS

                                                                                5.2.1Moléculas semelhantes às biológicas do Cosmos

                                                                                Não há dúvida de que os processos naturais geram moléculas orgânicas análogas às geradas pelos experimentos de laboratório descritos acima. Os aminoácidos são encontrados em espécimes naturais, incluindo meteoritos, que quase certamente não são influenciados por processos biológicos. Eles incluem muitos aminoácidos que não fazem parte da coleção padrão semelhante à humana de aminoácidos codificados.

                                                                                Alguns fragmentos químicos de DNA e RNA também podem ser encontrados em meteoritos (Tabelas 5.1 e 5.2). Por exemplo, foi relatado que alguns meteoritos contêm pequenas quantidades de adenina, uma das nucleobases encontradas no RNA e no DNA. A visão atual é que o meteorito Murchison continha adenina, guanina, seus produtos de hidrólise hipoxantina e xantina e uracila. A concentração relatada de todas essas substâncias, no entanto, é baixa, cerca de 1,3 ppm. O Murchison e outros meteoritos também podem conter ribitol e ácido ribônico, as formas reduzida e oxidada da ribose, respectivamente, mas a própria ribose não foi encontrada. 6

                                                                                TABELA 5.2 Compostos orgânicos no meteorito de Murchison

                                                                                FONTE: Dados de Cronin, J.R. e Pizzarello, S. 1986. Aminoácidos do meteorito Murchison. III. Ácidos alfa-amino alcanóicos primários acíclicos de sete carbonos. Geochim. Cosmochim. Acta 50:2419-2427.

                                                                                TABELA 5.3 O conteúdo orgânico do meteorito do Lago Tagish

                                                                                Ácidos piridina carboxílicos

                                                                                FONTE: Dados de Pizzarello, S., Huang, Y.S., Becker, L., Poreda, R.J., Nieman, R.A., Cooper, G. e Williams, M. 2001. The organic content of the Tagish Lake meteorite. Ciência 293:2236.

                                                                                Não sabemos até que ponto os compostos orgânicos de Murchison refletem o que estava disponível na Terra primitiva antes do surgimento da vida. O rico inventário de aminoácidos não parece ser universal em condritos carbonáceos (embora o número que foi examinado em detalhes seja muito pequeno). Por exemplo, apenas alguns aminoácidos (glicina, alanina, &alfaácido -aminoisobutírico, &alfa-amino-nácido butírico, &gama-aminobutírico) são encontrados no meteorito que caiu em 2000 no Lago Tagish, Canadá (Tabela 5.3). 7 A quase ausência de aminoácidos complexos é significativa, visto que o meteorito foi capturado em estado original logo após a queda.

                                                                                Também é significativo que nenhuma descoberta de um dipeptídeo em meteoritos tenha sido relatada. A união de dois aminoácidos é o primeiro passo para a síntese de proteínas, como as encontradas na vida terrena contemporânea. Se os compostos orgânicos do meteorito analisados ​​até agora são representativos do processamento planetário de compostos orgânicos primitivos, o processo de montagem de aminoácidos em polipeptídeos (cadeias curtas) pode ter sido realizado primeiro dentro de células vivas.

                                                                                5.2.2Moléculas semelhantes às biológicas de processos planetários

                                                                                A pesquisa atual está mostrando as interações entre as moléculas orgânicas e uma ampla gama de minerais. Isso inclui a formação de ácidos carboxílicos na química das saídas térmicas e a formação de espécies químicas reduzidas por meio da fotoquímica envolvendo minerais semicondutores. 8

                                                                                5.2.3A Origem do Fósforo

                                                                                O fósforo é um componente importante da vida terrena, mas sua síntese nas estrelas não é simples. É produzido como fósforo-31 em estrelas com 15 prótons e 16 nêutrons e, portanto, é um elemento & ldquoodd-Z & rdquo. Elementos Odd-Z são mais difíceis de produzir do que elementos & ldquoeven-Z & rdquo com igual número de prótons e nêutrons; eles podem ser produzidos a partir de outros elementos Z pares por meio de uma & ldquoeven-Z & rdquo cadeia de hélio. Elementos Odd-Z como P-31 são geralmente produzidos em abundância apenas quando há um excesso de nêutrons em prótons. Esse excesso surge apenas à medida que o universo envelhece, o que implica que a vida baseada no fósforo não pode ter surgido no início da vida do universo. Elementos Odd-Z também são menos abundantes no Sol do que elementos comuns, como carbono e oxigênio, por fatores superiores a 100, embora os modelos atuais com nucleossíntese estelar sofisticada sejam responsáveis ​​pela abundância de fósforo observada no Sol. 9

                                                                                O fósforo é abundante na Terra, tanto como um elemento (o 11º átomo mais abundante na crosta terrestre) e como fosfato. Os meteoritos contêm uma variedade de minerais contendo fosfato e alguns minerais de fosfeto. 10 Cientistas da Universidade do Arizona sugeriram recentemente que o Fe3P, o mineral schreibersita, leva à formação de fosfato e fosfito quando corroído em água. Embora a fosforilação de álcoois não tenha sido demonstrada, considerações mecanicistas sugerem que deveria ser possível. É digno de nota que uma via prebiótica clara para a incorporação química de fosfato em RNA ou DNA não foi encontrada. Nenhum nucleosídeo (nucleobases unidas a açúcares) foi relatado de meteoritos. Nem foi encontrada evidência em qualquer meteorito da presença de nucleosídeos ou nucleotídeos (nucleosídeos ligados a fosfatos). Isso sugere que os ácidos nucléicos foram formados pela primeira vez como produtos do metabolismo.

                                                                                5.2.4A Origem do Metabolismo

                                                                                As considerações sobre o surgimento da vida na Terra freqüentemente se concentram na formação abiótica espontânea de RNA, que é tanto um polímero genético quanto um polímero catalítico. A complexidade química dessa molécula sugere que a probabilidade de tal evento, embora não seja zero, é extremamente pequena, dada a ausência na Terra atual de condições que favoreçam sua formação. 11

                                                                                Os catalisadores podem ter desempenhado um papel importante no estabelecimento do metabolismo inicial que levou à biossíntese do RNA. Uma possibilidade intrigante é que as vias metabólicas modernas surgiram por um processo gradual de recrutamento de catalisadores cada vez mais eficazes para catalisar as etapas de uma rede primordial de reações químicas. Sulfuretos de metais de transição e superfícies minerais são conhecidos por serem capazes de catalisar a formação de compostos orgânicos simples. Mais tarde, pequenas moléculas - como aminoácidos, peptídeos curtos e cofatores - podem ter reações catalisadas necessárias para produzir compostos orgânicos mais complicados. Embora suas capacidades catalíticas sejam conhecidas por serem limitadas tanto na aceleração quanto na especificidade em comparação com o RNA macromolecular posterior ou catalisadores de proteínas, algumas moléculas pequenas são catalisadores notavelmente eficazes. Por exemplo, o fosfato de piridoxal catalisa a taxa de descarboxilação de aminoácidos em 10 ordens de magnitude. 12 Esse cofator foi retido no sítio ativo de muitas enzimas modernas. Aglomerados de ferro-enxofre também são encontrados em muitas enzimas modernas e podem ser relíquias de uma época em que catalisaram reações semelhantes, mas sem o contexto da proteína. Um estágio em que o RNA forneceu a melhor função, sozinho ou em combinação com peptídeos que ajudaram a estabilizar estruturas dobradas de RNA, pode ter vindo a seguir. 13 O que está claro é que a síntese de polipeptídeos pela tradução do RNA codificado acabou se tornando um foco da seleção natural, na qual a aptidão dos organismos dependia criticamente das habilidades catalíticas das enzimas envolvidas nos processos metabólicos. Nessa transformação, as enzimas proteicas substituíram a maioria das enzimas de RNA. Uma possibilidade alternativa é que a catálise de RNA nunca excedeu a extensão em que está presente na bioquímica moderna e que peptídeos e cofatores curtos carregaram a carga catalítica até o desenvolvimento da tradução.

                                                                                Essa diversidade de possibilidades cria amplas oportunidades para o trabalho experimental baseado na Terra na origem da vida, e o comitê recomenda maiores esforços para explorá-las. Essa pesquisa baseada na Terra é crítica para informar o projeto de missões planetárias cujas cargas úteis podem detectar as condições para o surgimento da vida e também detectar a vida primitiva, especialmente a vida que ainda não evoluiu a ponto de sintetizar peptídeos por tradução.

                                                                                5.3EQUILIBRIA TERMODINÂMICA

                                                                                Dada uma fonte de precursores orgânicos, a questão permanece: quais reações podem ter ocorrido com e entre os precursores na Terra primitiva, e em que quantidades eles teriam sido encontrados? Para responder a essa questão, o comitê analisou as propriedades termodinâmicas das moléculas.

                                                                                Primeiro, considerou o conceito do estado de redução-oxidação (redox), que é freqüentemente usado para descrever moléculas orgânicas e outras. As regras usadas para calcular um estado de oxidação são diferentes entre espécies inorgânicas e espécies orgânicas. Por exemplo, Fe ++ e Fe +++ têm diferentes estados redox, o segundo não tem um elétron que o primeiro tem. Para moléculas orgânicas, no entanto, o estado redox é geralmente descrito com a razão entre o número de átomos de hidrogênio em uma molécula e o número de heteroátomos.

                                                                                Como seu carbono está ligado a dois átomos de oxigênio e nenhum átomo de hidrogênio, o dióxido de carbono é tão oxidado quanto um átomo de carbono pode ser. O metano, no qual o carbono está ligado apenas ao hidrogênio, é tão reduzido quanto um átomo de carbono pode ser. O formaldeído está no mesmo nível de oxidação que o carbono elementar (porque tem um número igual de ligações com o hidrogênio e o oxigênio). Visto alternativamente, a razão de átomos de hidrogênio (2) para átomos de oxigênio (1) é a mesma no formaldeído e na água. Assim, os compostos da fórmula Cn(H2O)n pode ser convertido em carbono elementar por aquecimento, que expulsa água sem uma mudança líquida no estado redox dos carbonos.

                                                                                Em um nível, compreender a termodinâmica das moléculas que contêm carbono com relação à oxidação ou redução é tão simples quanto perguntar se o hidrogênio ou o oxigênio são mais abundantes no ambiente. Na moderna atmosfera terrestre, que contém dioxigênio abundante, essencialmente todos os compostos que contêm carbono reduzido são termodinamicamente instáveis ​​em relação à oxidação em dióxido de carbono. De uma perspectiva termodinâmica, virtualmente toda matéria orgânica colocada na atmosfera de hoje irá eventualmente & ldquoburn & rdquo e produzir dióxido de carbono

                                                                                e água. o avaliar da queima, no entanto, pode ser muito baixo em 20-40 ° C e na pressão parcial de oxigênio atmosférico de hoje.

                                                                                Na ausência de oxigênio e na presença de H2, o carbono reduzido é termodinamicamente preferido. Isso certamente é verdade nas profundezas do oceano, por exemplo, perto de fontes hidrotermais, onde a síntese de compostos orgânicos reduzidos é termodinamicamente favorecida. Shock, Cody e outros exploraram esse fato para propor a síntese líquida de moléculas orgânicas em ambientes anóxicos. 14, 15

                                                                                Uma reação que é termodinamicamente & ldquouphill & rdquo (não favorecida energeticamente) em uma direção pode se tornar & ldquodownhill & rdquo na mesma direção se as condições ambientais forem alteradas. Se (A + B) (C + D), a reação pode ser puxada para a direita se D for removido, convertendo todos (A + B) em C. Inversamente, se o excesso de D for adicionado, C será direcionado para (A + B). Esse comportamento de equilíbrio freqüentemente aparece nos livros didáticos como o princípio de Le Chatelier & rsquos.

                                                                                É importante notar que nenhum composto biológico pode ser considerado universalmente “alto em energia”. Cada reação tem uma energia livre, ou “DeltaG 0”, que é medida em uma concentração padrão arbitrariamente definida. & DeltaG 0 não determina se a reação química correspondente ocorre na direção direta ou reversa, entretanto. Isso é determinado também pelas concentrações dos reagentes e dos produtos e pela direção na qual o estado está fora de equilíbrio. Isso é capturado por & DeltaG, que reflete tanto & DeltaG 0 quanto a concentração dos reagentes e produtos.

                                                                                Por esta razão, não é útil falar da & ldquoenergia & rdquo de qualquer composto em particular. Em vez disso, a energia livre e Delta G de um sistema, que afirma se ele pode funcionar, é determinada pelo grau em que o sistema está fora de equilíbrio. Este, por sua vez, é definido pela equação & DeltaG = & DeltaG 0 + RT ln [produto] / [reagente].

                                                                                Nesse contexto, o trifosfato de adenosina (ATP), a moeda de energia em todas as células, é visto como "alta energia" apenas porque no equilíbrio a reação ATP + água ADP + fosfato inorgânico contém mais ADP e fosfato inorgânico do que ATP. Se, no entanto, o estado inicial contém ADP + fosfato inorgânico e não ATP, o processo prossegue espontaneamente na direção da síntese de ATP a partir de ADP e fosfato inorgânico. Nesse caso, o ADP e o fosfato inorgânico são os compostos de "alta energia".

                                                                                Outras generalizações relativas à reatividade são baseadas nos princípios da termodinâmica. Por exemplo, as moléculas orgânicas contêm átomos de hidrogênio, que, dado um catalisador apropriado ou fonte de energia (luz ultravioleta, por exemplo), pode gerar H2. Porque H2 as moléculas têm massa menor que as demais, movem-se em média mais rápido e, portanto, escapam preferencialmente dos corpos planetários, principalmente daqueles com massa baixa e, conseqüentemente, de atração gravitacional fraca. Embora tanto a formação quanto a perda de H2 pode ser lento, os processos cósmicos têm tempo. Uma coleção de moléculas orgânicas lentamente se torna mais oxidada pela perda de H2.

                                                                                É provavelmente o que está ocorrendo hoje na superfície de Marte. Acima de Marte, a água é dissociada pela radiação ultravioleta para produzir H & middot e & middotOH, o radical hidrogênio e o radical hidroxila. Duas unidades H & middot podem se combinar para dar H2. O H2 então escapa de Marte, deixando para trás HOOH, peróxido de hidrogênio. Sob condições típicas da Terra, o peróxido de hidrogênio pode ser visto como um composto de alta energia em Marte, escape de H2 leva à sua formação ao longo do tempo. Em um corpo aquoso, como Europa, o peróxido de hidrogênio formado por radiação se decompõe em água e oxigênio. O oxigênio estaria então disponível para a oxidação biológica de outros compostos orgânicos formados por radiação ou reações água-rocha, como metano e formaldeído. As concentrações de formaldeído e oxigênio da radiação foram consideradas suficientes para sustentar um ecossistema microbiano na Europa. 16

                                                                                É provável que o carbono congele em polímeros de alto peso molecular como H2 destila. Em ambientes extraterrestres, esperamos que hidrocarbonetos inferiores eventualmente se transformem em carbono puro, seja diamante (em que todos os carbonos são unidos individualmente a outros carbonos), fulerenos e grafite (em que cada interação entre um par de carbonos é o equivalente aproximado de 1,5 ligações) ou carbono ligado a outros elementos que não podem ser convertidos em uma forma volátil.

                                                                                Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos podem ser vistos como "quocarbono no caminho para a formação de grafite". Eles são comuns em ambientes extraterrestres. Suas estruturas centrais são fragmentos de grafite com ligações a átomos de hidrogênio nas bordas. Eles se tornam cada vez maiores e mais e mais parecidos com grafite, à medida que mais hidrogênio é destilado.

                                                                                5.4PROBLEMAS NAS ORIGENS

                                                                                A objeção dos químicos à noção de que a vida é uma consequência natural da reatividade orgânica é simples e vem da experiência empírica amplamente baseada em laboratórios de química orgânica. Adição de energia a misturas de

                                                                                espécies orgânicas tornam as misturas mais complexas e menos propensas a sustentar vida. Shapiro forneceu uma discussão cuidadosa e detalhada das dificuldades. 17 - 22 Resumidamente, sugere que os experimentos de química pré-biótica existentes não oferecem hipóteses plausíveis para rotas para biomoléculas complexas. Nas complexas misturas químicas geradas sob condições pré-bióticas, pode-se ser capaz de encontrar vestígios de aminoácidos e talvez nucleobases. Alguns podem de fato catalisar reações que têm alguma utilidade. Mas outros compostos podem inibir a catálise ou catalisar reações indesejadas. Por exemplo, Joyce e Orgel apontaram que a condensação de nucleotídeos catalisada por argila para produzir pequenas cadeias teve melhor desempenho, nas condições que eles consideraram, se apenas um enantiômero do material de partida estivesse presente. Se ambos estivessem presentes, a reação desejada com o enantiômero desejado pode ser inibida pelo outro enantiômero. 23 Além disso, seria de se esperar que a combinação de qualquer molécula bifuncional em um polímero portador de informações fosse encerrada em um estágio inicial pela presença de um excesso de moléculas que portam apenas uma funcionalidade. 24

                                                                                Mesmo a cristalização, um método bem documentado de obtenção de ordem por meio da auto-organização, não é uma forma particularmente poderosa de separar misturas de produtos químicos orgânicos em seus constituintes. Normalmente, um composto orgânico deve ser relativamente puro antes de ocorrer a cristalização. O fato de os sais cristalizarem melhor pode explicar por que os cristais são mais comuns no mundo mineral do que no mundo orgânico. Mesmo os sais orgânicos podem ter problemas de cristalização de uma mistura impura.

                                                                                Esses fatos geram o problema central da química pré-biótica. A auto-organização espontânea não é considerada uma propriedade intrínseca da maior parte da matéria orgânica, pelo menos como observada em laboratório. Ele pode ser acionado apenas por uma fonte externa de energia livre que está acoplada ao sistema orgânico.

                                                                                5.4.1Reações nucleofílicas e eletrofílicas podem tanto destruir quanto criar

                                                                                Conforme descrito acima, obstáculos químicos formidáveis ​​se opõem à síntese abiótica de biopolímeros como RNA, DNA e proteínas, apesar de sua proeminência na vida hoje. Numerosos processos degradantes também impediriam qualquer evento desse tipo. As mesmas reatividades inerentes que geram moléculas orgânicas podem convertê-las em misturas complexas. Um exemplo pode ser visto nos processos que podem ter gerado o açúcar ribose, um componente-chave do RNA e do DNA, em condições pré-bióticas. Uma reação chamada reação de formose é conhecida por produzir ribose, convertendo o formaldeído na presença de hidróxido de cálcio em vários açúcares, incluindo a ribose. 25-27

                                                                                A reação de formose explora a eletrofilicidade natural do formaldeído e a nucleofilicidade natural do enediolato de glicolaldeído, um carboidrato que foi detectado em nuvens interestelares. 28 Essa espécie reage como um nucleófilo com o formaldeído (atuando como um eletrófilo) para produzir gliceraldeído. A reação do gliceraldeído com um segundo equivalente do enediolato gera um açúcar pentose (ribose, arabinose, xilose ou lixose, dependendo da estereoquímica). Um mecanismo de seta curva descreve esse processo na Figura 5.1.

                                                                                Apesar da reatividade inerente ao glicolaldeído e formaldeído, a reação de formose não oferece uma fonte convincente de ribose prebiótica. Em condições típicas de reação com formose, a ribose não apenas se forma, mas também se decompõe. Na presença de hidróxido de cálcio, a ribose é rapidamente convertida em uma mistura de espécies orgânicas. Essa mistura nunca foi completamente caracterizada, mas não parece conter muita ribose e não é um precursor de vida auspicioso. A reação adicional da ribose na presença de hidróxido de cálcio ocorre porque a própria ribose tem locais eletrofílicos e nucleofílicos, respectivamente, no carbono do aldeído e no carbono diretamente ligado ao aldeído (após enolização & ver Figura 5.1). As moléculas com ambas as reatividades tendem, como esperado, a polimerizar conforme os locais nucleofílicos e os locais eletrofílicos reagem entre si, com mais formaldeído, com água ou com outros eletrófilos na mistura cada vez mais complexa. Essas reatividades, sem dúvida, causam a destruição rápida da ribose formada em condições formose. Com base nessas reatividades, Larralde, Robertson e Miller concluíram que & ldquoribose e outros açúcares não eram componentes do primeiro material genético. & Rdquo 29

                                                                                Uma solução para a instabilidade da ribose foi oferecida por Eschenmoser, Arrhenius e outros. Ele se concentrou na geração de fosfatos de açúcar, que há muito tempo são conhecidos por serem mais estáveis ​​à degradação em condições alcalinas. Um possível mecanismo para formá-los é mostrado na Figura 5.2.

                                                                                Por essas razões, alguns sugeriram que a vida pode ter começado com um composto orgânico alternativo como material genético, não RNA, mas que se baseou em moléculas menos frágeis. 30 Eles são comumente sugeridos como moléculas que não possuem carboidratos em seus backbones. Subjacente a esse conceito está a noção


                                                                                Assista o vídeo: BIOLOGIA AULA 48 DINÂMICAS DE POPULAÇOES (Agosto 2022).