Os Elementos Químicos e a Vida


	OS ELEMENTOS QUÍMICOS E A VIDA
	J. J. R. FRAÚSTO DA SILVA • JOSÉ ARMANDO LUÍSA DA SILVA

		ISBN: 978-972-8469-98-6 ANO: 2011 FORMATO: 183 X 235 mm PÁGS.: 276 PVP: €28,00 (6% IVA Incluído) COLEÇÃO: Ensino da Ciência e da Tecnologia \| 34

	A química bioinorgânica é uma área interdisciplinar entre a química inorgânica, a bioquímica clássica e a geoquímica, que tem vindo a contribuir para a compreensão de vários aspectos ligados à vida e à evolução dos seres vivos. São também relevantes para a química bioinorgânica algumas questões ambientais e relacionadas com a saúde, associadas às funções e efeitos que os elementos químicos têm nos seres vivos, e nos seus componentes estruturais. Este é o tema do presente livro, com o qual se pretende contribuir para colmatar a lacuna de obras em língua portuguesa, que são em número muito reduzido. Sublinhe-se o interesse destes temas para a medicina, na medida em que existem várias patologias e disfunções associadas à falta de regulação dos níveis de iões de metais no corpo humano. A maioria dos livros de química bioinorgânica são obras de âmbito restrito. Ou são centrados em apenas um, ou num número reduzido de elementos químicos, ou se interessam apenas por algumas das funções e dos efeitos dos elementos químicos nos seres vivos. São livros úteis para investigadores especializados, mas pouco adequados para os estudantes que se iniciam nesta área. Pelo contrário, o presente livro aborda de forma abrangente o papel e a função dos elementos químicos nos organismos vivos. A obra beneficia, por outro lado, da experiência dos autores na docência destas matérias, em Portugal e no Brasil, para estudantes em anos finais da graduação e na pós graduação. Desta experiência resulta em parte o valor didáctico desta obra. A obra “Os Elementos Químicos e a Vida” vem indiscutivelmente preencher uma lacuna na bibliografia em língua portuguesa sobre este tema, apresentando uma visão geral do assunto, acompanhada por exemplos interessantes e que certamente despertarão a curiosidade do leitor, seja ele um especialista ou um estudante. Miguel Sepúlveda Teixeira Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa Esta obra vem colmatar uma lacuna nesta área científica. O livro está extremamente claro, escrito numa linguagem que o torna bastante acessível para um público geral (obviamente, com um mínimo de formação científica). Foi um prazer ler este texto, que considero excelente, e espero que muito em breve possa estar disponível no mercado. Logo que tal aconteça, ele será escolhido como livro recomendado para as disciplinas desta área científica. Maria Madalena Ramos Araújo Humanes Departamento de Química e Bioquímica, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Foi com muito agrado e interesse que li este texto. De facto, entendo que o tema que aborda, papel e função dos elementos químicos nos organismos vivos, é uma das mais interessantes áreas da Química e proporciona uma oportunidade de aprofundar as interfaces existentes entre a Química e a Biologia. Em particular, tem também muito interesse para a Medicina na medida em que existem inúmeras patologias e disfunções associadas com a não regulação dos níveis de iões de metais no corpo humano. Maria da Conceição Rangel Instituto de Ciências Biomédicas de Abel Salazar, Universidade do Porto

	J. J. R. FRAÚSTO DA SILVA, nascido em Tomar, engenheiro químico pelo I.S.T., doutorado pela Universidade de Oxford e também pela Universidade Técnica de Lisboa, Professor Catedrático Jubilado daquele Instituto do qual foi Director, Reitor Fundador da Universidade Nova de Lisboa, membro efectivo da Academia das Ciências de Lisboa, Professor convidado da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Professor e Director eleito do Departamento de Química da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, «Fellow» da Royal Society of Chemistry inglesa, cientista de reputação internacional com mais de 200 artigos publicados, vários manuais pedagógicos, 10 patentes e seis livros editados pela Oxford University Press, pela Clarendon Press e pela Elsevier (em colaboração com R.J.P. Williams), elogiados pela crítica mundial e adoptados nas melhores universidades e instituições como a NASA, tem um curriculum notável que se torna difícil resumir. Foi Director do Gabinete de Estudos e Planeamento do Ministério da Educação, Presidente do Instituto Nacional de Administração, Ministro da Educação do 8º Governo Constitucional, Presidente da Fundação Centro Cultural de Belém e Conselheiro de Estado de 1988 a 1996. Foi agraciado com o Prémio Boa Esperança da Fundação para a Ciência e Tecnologia, doutoramentos Honoris Causa pela Universidade Nova de Lisboa (Química) e Universidade de Macau (Administração Pública), medalhas e condecorações, entre as quais a medalha «Pedro Ernesto» da Câmara Municipal do Rio de Janeiro, a medalha de Grau Ouro da Câmara Municipal de Oeiras, o Grau de Grande Oficial da Instrução Pública (1973), o de Grande Oficial do Infante D. Henrique (1989), o elevado grau de Oficial da Legião de Honra da República Francesa, para além de homenagens como a publicação de um número de 400 páginas que lhe foi totalmente dedicado pela revista «Inorganica Chimica Acta» como um dos «Protagonists in Chemistry» a nível internacional. JOSÉ ARMANDO LUÍSA DA SILVA nasceu em Faro. Tem a Licenciatura em Engenharia Química, ramo Química e Processos, pelo Instituto Superior Técnico (IST), Doutoramento e Agregação em Química pela mesma instituição. É docente no IST sendo responsável pela cadeira de Química Bioinorgânica. Foi professor convidado durante dois semestres em 99/00 e 00/01 na Universidade Estadual de Maringá, no Brasil, para leccionar aulas de Química Bioinorgânica no curso de Mestrado em Química. Tem quatro dezenas de artigos em publicações portuguesas e internacionais, algumas patentes, incluindo duas internacionais e é co-autor do livro «A Química Inorgânica do Cérebro Cérebro – os Elementos Químicos e o Sistema Nervoso Central». Actualmente a sua investigação situa-se nos domínios do papel dos elementos químicos nos seres vivos, na química pré-biótica e da catálise usando modelos miméticos dos sistemas biológicos.

	ÍNDICE PREÂMBULO ASPECTOS GERAIS I A VIDA: SUAS CARACTERÍSTICAS GERAIS, ORIGEM E ESTRUTURAS BÁSICAS 1 A VIDA; ALGUMAS CONSIDERAÇÕES 1.1 A Vida. O que é? 1.2 Como pode ter surgido a vida na Terra e como se desenvolveu neste planeta 1.2.1 A formação dos elementos químicos 1.2.2 O sistema solar e os primórdios da Terra 1.2.3 Hipóteses para a origem da vida 1.2.3.1 Hipóteses extraterrestres 1.2.3.2 Hipóteses terrestres 1.2.4 Condições que permitem à Terra ter organismos vivos 1.2.5 Evolução da vida na Terra e a sua diversidade 1.3 As macrobiomoléculas e as suas propriedades 1.3.1 Alguns comentários sobre proteínas 1.3.2 Alguns comentários sobre hidratos de carbono 1.3.3 Alguns comentários sobre lípidos 1.3.4 Alguns comentários sobre moléculas mistas 1.3.5 Alguns comentários sobre os ácidos nucleicos 1.3.6 Alguns comentários sobre metalobiomoléculas 1.4 As células: aspectos gerais 1.4.1 Organização interna 1.4.2 Organização intercelular II QUESTÕES BÁSICAS DA QUÍMICA RELACIONADAS COM A BIOLOGIA 2 ALGUNS ASPECTOS DA QUÍMICA BIOLÓGICA 2.1 Algumas características da água 2.2 Considerações gerais sobre equilíbrio químico 2.3 Considerações gerais sobre química de coordenação e os sistemas biológicos 2.4 Considerações gerais sobre estados de oxidação dos elementos químicos 2.5 Considerações gerais sobre espécies polinucleares 2.6 Considerações gerais sobre precipitação 2.7 Alguns comentários sobre a cinética das reacções nos meios biológicos 2.8 Considerações gerais sobre o estado entático 2.9 Natureza da química biológica: carácter dinâmico e interactivo dos seus mecanismos reaccionais III AS FUNÇÕES DOS VÁRIOS ELEMENTOS QUÍMICOS EM BIOLOGIA 3 AS RAZÕES DA ESCOLHA DOS ELEMENTOS QUÍMICOS PELOS ORGANISMOS VIVOS 3.1 Essencialidade e toxicidade 3.2 Algumas características dos elementos químicos que ocorrem nos seres vivos 4 METAIS SEM ACTIVIDADE DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO 4.1 Sódio e potássio (e cloreto) 4.1.1 Aspectos químicos gerais 4.1.2 Propriedades biológicas gerais 4.1.3 Distribuição em organismos vivos 4.1.4 Processos de rejeição e acumulação dos iões 4.1.4.1 Permutadores 4.1.4.2 Canais iónicos 4.1.4.3 Bombas 4.1.5 A transmissão nervosa 4.1.5.1 Considerações gerais acerca dos neurónios 4.1.5.2 Como se dá a transmissão nervosa 4.1.6 Alguns casos de sensibilidade particular 4.1.6.1 As enguias eléctricas 4.1.6.2 As plantas e a sua sensibilidade. O caso das plantas carnívoras 4.1.7 Efeitos de moléculas na mobilidade dos iões 4.1.7.1 Anestésicos e venenos (neurotoxinas) 4.1.7.2 Ionóforos 4.1.8 Outras funções 4.1.8.1 Potássio 4.1.8.2 Cloreto 4.2 Magnésio 4.2.1 Aspectos químicos gerais 4.2.2 Distribuição do magnésio 4.2.3 Participação no movimento de organismos vivos 4.2.3.1 Na actividade muscular 4.2.3.2 Em quimiotaxia 4.2.4 Componente de estruturas membranais e celulares 4.2.5 Interacção com biomoléculas contendo nucleótidos 4.2.6 Activação enzimática 4.2.6.1 Tipo de enzimas 4.2.6.2 Localização das enzimas 4.2.7 Fotossíntese 4.3 Cálcio 4.3.1 Aspectos gerais 4.3.2 Aspectos químicos gerais 4.3.3 Distribuição do cálcio 4.3.4 Funções do cálcio nos organismos vivos 4.3.4.1 Coagulação sanguínea 4.3.4.2 Actividade muscular 4.3.5 Sinalização e sistemas reguladores do teor de cálcio em ambiente celular 4.3.5.1 Permutadores 4.3.5.2 Canais iónicos 4.3.5.3 Bombas 4.3.5.4 Proteínas que se coordenam com o cálcio (calcium binding proteins) 4.3.6 Algumas enzimas contendo cálcio 4.3.7 Efeitos de alguns produtos químicos no metabolismo do cálcio 4.3.8 Comentários finais 4.4 Zinco 4.4.1 Distribuição do zinco 4.4.2 Algumas das suas propriedades químicas 4.4.3 Algumas funções do zinco 4.4.3.1 Genética 4.4.3.2 Enzimas 4.4.3.3 Outras funções 4.4.4 Comentários finais 4.5 Cádmio 4.5.1 Aspectos químico-biológicos 5 METAIS COM ACTIVIDADE DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO 5.1 Ferro 5.1.1 Aspectos gerais 5.1.2 Efeitos do seu teor nos seres humanos 5.1.3 Formas de coordenação em biologia e algumas das suas funções 5.1.3.1 Proteínas de ferro-enxofre 5.1.3.2 Proteínas contendo agregados com um sistema binuclear envolvendo ferro e carboxilo 5.1.3.3 Sistemas mononucleares não-hémicos (enzimas) 5.1.3.4 Ferro hémico 5.1.4 Comentários finais 5.2 Manganês 5.2.1 Aspectos químicos gerais 5.2.2 Aspectos biológicos gerais 5.2.3 Algumas das suas funções 5.2.3.1 No fotossistema II 5.2.3.2 Em enzimas 5.2.3.3 Em outras funções 5.2.4 Comentários finais 5.3 Cobre 5.3.1 Aspectos químicos gerais 5.3.2 Funções biológicas 5.3.3 Importância da homeostase do cobre 5.3.4 Comentários acerca da evolução do cobre em biologia 5.4 Vanádio 5.4.1 Ocorrência 5.4.2 Funções do vanádio 5.4.2.1 Nitrogenase 5.4.2.2 Redutase do nitrato 5.4.2.3 Haloperoxidases 5.4.2.4 Ascídias e verme marinho 5.4.2.5 Fungos Amanita 5.4.3 Essencialidade e efeitos do vanádio 5.4.4 Comentários finais 5.5 Cromo 5.5.1 Aspectos químico-biológicos 5.6 Molibdénio e Tungsténio 5.6.1 Molibdénio (aspectos químico-biológicos) 5.6.2 Tungsténio (aspectos químico-biológicos) 5.6.3 O molibdénio e o tungsténio: aspectos comparativos na sua ocorrência nos organismos vivos 5.7 Níquel e Cobalto 5.7.1 Níquel 5.7.1.1 Proteínas de níquel 5.7.1.2 Comentários finais acerca do níquel em biologia 5.7.2 Cobalto 5.7.2.1 Cobalaminas: características gerais, sua constituição e funções biológicas 5.7.2.2 Proteínas de cobalto não envolvendo a co-enzima B12 6 NÃO-METAIS SEM ACTIVIDADE DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO 6.1 Silício 151 6.1.1 Aspectos químicos gerais 6.1.2 Aspectos biológicos gerais 6.2 Fósforo 6.2.1 Teor e composição do fósforo em diversos meios 6.2.2 O fósforo nos organismos vivos e algumas das suas funções 6.2.3 Alguns casos particulares do fósforo em biologia 6.2.4 Razões químicas para a escolha do fósforo em biologia 6.2.5 Competidores químicos do fosfato 6.2.6 O fosfato e o meio marinho: algumas considerações 6.3 Boro 6.3.1 Aspectos gerais 6.3.2 Formas biológicas 6.3.3 Comentários finais 7 NÃO-METAIS COM ACTIVIDADE DE OXIDAÇÃO-REDUÇÃO 7.1 Enxofre 7.1.1 Distribuição do enxofre 7.1.2 Aspectos químico-biológicos 7.2 Selénio 7.2.1 Composição e seus efeitos gerais no organismo 7.2.2 Processos de incorporação e formas de selénio em biologia 7.2.3 Comentários finais 7.3 Halogéneos 7.3.1 Aspectos químico-biológicos 7.4 Arsénio 7.4.1 Aspectos químico-biológicos IV INTEGRAÇÃO E INTERACÇÃO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS NOS ORGANISMOS VIVOS 8 ALGUNS ASPECTOS ESPECÍFICOS DAS METALOBIOMOLÉCULAS 8.1 Metaloproteínas de transferência electrónica 8.1.1 Proteínas de ferro-enxofre 8.1.2 Citocromos 8.1.3 Proteínas azuis de cobre 8.1.4 Comentários finais acerca dos sistemas de transferência electrónica 8.2 Metaloproteínas de coordenação com moléculas pequenas 8.2.1 Proteínas de coordenação ao dioxigénio 8.2.1.1 Globinas: hemoglobinas, mioglobinas, citoglobinas, neuroglobinas e flavo-hemoproteínas 8.2.1.2 Hemeritrinas e mio-hemeritrinas 8.2.1.3 Hemocianinas 8.2.2 Outros sistemas hémicos que se coordenam a moléculas pequenas 8.2.2.1 Ciclase solúvel do guanilato 8.2.2.2 Nitroforinas 8.2.2.3 Regulação da expressão genética bacteriana 8.3 Alguns aspectos sobre regulação, captura, transporte e armazenamento de elementos químicos pelos organismos vivos 8.3.1 Sistemas reguladores 8.3.1.1 Alguns exemplos para elementos químicos essenciais 8.3.1.2 Alguns exemplos para elementos químicos não-essenciais 8.3.2 Sistemas de captura: sideróforos e outros 8.3.3 Proteínas transportadoras 8.3.4 Proteínas envolvidas no armazenamento 8.3.4.1 Proteínas de ferro: ferritina e bacterioferritina 8.3.4.2 Outros casos de armazenamento (por quelação): fitoquelatinas e metalotioneínas 8.4 Enzimas 8.4.1 Nitrogenases 8.4.2 Hidrogenases 8.4.3 Dismutases do superóxido 8.5 Comentários finais acerca das metalobiomoléculas 8.5.1 Importância das partes orgânica e inorgânica nas metalobiomoléculas 8.5.2 Alguns comentários sobre extracção, purificação e caracterização de metalobiomoléculas 8.5.3 Análise estrutural 209 8.5.4 Modelos químicos 211 9 BIOMINERALIZAÇÃO 9.1 Aspectos gerais 9.2 Biominerais 9.2.1 Não-metais 9.2.1.1 Silício 9.2.2 Metais de transição 9.2.2.1 Ferro 9.2.2.2 Cobre 9.2.3 Alcalino-terrosos (magnésio, cálcio, estrôncio, bário) 9.2.3.1 Sulfatos 9.2.3.2 Oxalatos 9.2.3.3 Carbonatos 9.2.3.4 Fosfatos 9.2.3.5 Biomineralização no corpo humano: casos normais e patológicos 9.3 Algumas aplicações práticas da biomineralização 10 OS ELEMENTOS QUÍMICOS E A EVOLUÇÃO: COMENTÁRIOS FINAIS REFERÊNCIAS ICONOGRÁFICAS ÍNDICE REMISSIVO

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