introdução ao estudo da bioquímica - uspeleonora/1-aula introducao.pdf · a árvore da vida...
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Profª Eleonora – Slide de aula
IntroduIntroduçção ao Estudo da Bioquão ao Estudo da Bioquíímicamica
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Introdução
Características Químicas da Matéria Viva
� A maioria dos organismos é constituída de apenas 16 elementos químicos
� Ligações não covalentes são importantes na estrutura biológica� Ligações iônicas� Pontes de hidrogênio� Forças de van der Waals� Interações hidrofóbicas
� Os organismos são constituídos, quase inteiramente de água e de trinta pequenas moléculas precursoras.
� As macromoléculas são polímeros de pequenas moléculas precursoras.� Proteínas (ligações peptídicas)� Ácidos nucléicos, RNA e DNA (ligações fosfodiéster)� Polissacarídeos (ligações glicosil)
� As estruturas maiores são montadas a partir de macromoléculas.
� As proteínas desempenham um papel central nos sistemas vivos.
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Elementos químicos encontrados nos organismo
Características Químicas da Matéria Viva
� A maioria dos organismos é constituída de apenas 16 elementos químicos
Maiores elementos formadores de ligação
covalente(todos os organismos)
Número atômico
Elementos traço(todos os organismos)
Número atônico
53I
42Mo
23V
14Si
13Al
5B
Elementos traço(alguns organismos)
30Zn
29Cu
27Co
26Fe
20
19
17
12
11
16
15
8
7
6
25Mn1
Ca2+K+
Cl-Mg2+
Na+
Íons(todos os organismos)
S
P
O
N
C
H
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Abundância relativa, aproximada, de bioelementos em todos os organismos e na crosta da Terra (em átomos por 100 átomos)
(a) E. S. Deevey, Scientific American, Sept. 1970, p. 149(b) E. Frieden, Scientific American, Jul. 1972, p. 52
Crosta da Terra (b)Organismos (a)Elemento
13,7traçosOutros
2,50,015Na
< 0,10,030P
2,20,031Mg
280,033Si
2,50,046K
3,50,073Ca
< 0,10,27N
4725O
0,1925C
0,2249H
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� Ligações não covalentes são importantes na estrutura biológica
Além das ligações covalentes que ligam átomos na molécula, quatro tipos de interações não covalentes são importante em sistemas biológicos
� InteraInteraçções hidrofões hidrofóóbicasbicas são associação de grupos não polares, tais como cadeias de hidrocarbonetos, em meio aquoso. Em sistemas vivos, estas interações contribuem para a estabilidade das moléculas de proteínas, das membranas e de várias outras estruturas subcelulares.
� Pontes de hidrogênioPontes de hidrogênio resultam da atração eletrostática entre um átomo eletronegativo (normalmente O ou N) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um segundo átomo eletronegativo. O átomo de hidrogênio, desta forma, é compartilhado entre dois átomos eletronegativo.
� LigaLigaçções iônicasões iônicas resultam de atração eletrostática entre dois grupos ionizados de cargas opostas, tais como os grupos carboxila (-COO-) e amina (-NH3
+) nas proteínas
� ForForçças de as de vanvan der der WaaalsWaaals são forças atrativas entre grupos vizinhos (em contato). Estas ligações são muito mais fracas do que as ligações iônicas e pontes de hidrogênio, mas contribuem significativamente para a estabilidade de estruturas biológicas que contem muitos pontos de contato.
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� Bases aromáticas
� Açúcares CH2OH
C O
C C
C C
H
HOOH
H
H
OH
HOH
H
D-glicose
HOCH2
C C
C C
O
H
OH
HOH
OH
H
H
D-ribose
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COOH
Ácido palmítico
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2COOH
Ácido palmítico
� Constituintes dos lipídeosHOCH2
HCOH
HOCH2
G licero l
CH3
HOCH2CH2+NCH3
CH3
C olina
� Purinas � Pirimidinas
Adenina (A)
NH
N
NN
NC
HC
C
C
H
2
CH
G uanina (G )
N
N
N N
NCC
CHC
H2H
O
H
C
NH
NO
N
H
C
C
2
CH
CH
C itosina (C )
O||C
HN CH
C CHNH
O
Uracila (U)
O
CHN C
CHCNOH
CH 3
Timina (T)
� Os organismos são constituídos, quase inteiramente, de água e de trinta pequenas moléculas precursoras.
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� Aminoácidos
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� As macromoléculas são polímeros de pequenas moléculas precursoras.� Proteínas (ligações peptídicas)� Polissacarídeos (ligações glicosídicas)� Ácidos nucléicos: RNA e DNA (ligações fosfodiésteres)
(αααα-1,2)
(αααα-1,4)
(ββββ-1,4)
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Uma ligação fosfodiéster é um tipo de ligação covalente que é produzida entre dois grupos hidroxila (-OH) de um grupo fosfato e duas hidroxilas de outras duas moléculas através de ligações ésteres.
As ligações fosfodiésteres são responsáveis pelo esqueleto das cadeias de DNA (ácido desoxirribonucleico) e de RNA (ácido ribonucleico). Tanto no DNA como no RNA, a ligação fosfodiéster é o vínculo entre o átomo de carbono 3 da ribose de um nucleotídeo e o átomo de carbono 5 da ribose de outro nucleotídeo.
Ligações fosfodiésteres também estão presentes nos fosfolipídeos, moléculas constituintes das bicamadas lipídicas de todas as membranas celulares.
Os nucleotídeos são compostos por uma base nitrogenada, uma pentose e um grupo fosfato. As bases nitrogenadas podem ser classificadas em: pirimidinas e purinas. A base nitrogenada está ligada ao carbono 1 da pentose e o fosfatoestá esterificado ao carbono 5 da mesma.
Fosfolipídeos
� As estruturas maiores são montadas a partir de macromoléculas.
� As proteínas desempenham um papel central nos sistemas vivos.
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DNA (ácido desoxirribonucleico) RNA (ácido ribonucleico)
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A hierarquia da estrutura biológica
Organismos
Órgãos
Tecidos
Organelas
CCéélulaslulas
Núcleo, mitocôndria, cloroplastos
Complexos multienzimáticos, ribossomos, clorossomos, membranas, elementos estruturais,sistema contrátil
Proteínas PolissacarídeosÁcidos nucleicos
Aminoácidos Nucleotídeos Açúcares Fosfolipídeos
Palmitato, Glicerol, Colina
GlicoseBases aromáticas,
Ribose
20 aminoácidos
Associações supracelularesPeso da partícula: 106-1010
MacromoléculasPM: 104-109
Unidades monoméricasPM: 100-800
Pequenas moléculas precursorasPM: 100-250
Precursores ambientaisPM: 18-44 CO2
H2ON2
COCO22HH22OONN22
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� Uma possível linha do tempo
4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0
Bilhões de anos
For
maç
ão d
a T
erra
Mic
rorg
anis
mos
Cél
ulas
com
núc
leo
Formaçãoatmosferade oxigênio O
rgan
ism
os m
acro
scóp
icos
Din
ossa
uros
Ser
es H
uman
os
Eventos marcantes na Terra desde que a vida teve início a cerca de 3,5 bilhões de anos atrás e o surgimento recente de seres humanos.
Evolução da Bioquímica
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Bacteria
Esch
erichia
Salm
onella
Bacillu
s
Eukarya
Hom
o
Sacc
haro
myc
es
Zea
Archaea
Met
hano
cocc
us
Arc
haeo
glob
us
Halob
acte
rium
A árvore da vida
Possível via evolutiva a partir de um ancestral comum a 3,5 bilhões de anos atrás até os organismos existentes no mundo moderno
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Localização celular dos processos metabólicos
O conhecimento básico da célula é indispensável para o entendimento dos processos metabólicos.
� Todas as células possuem membrana celular (ou plasmática) que as separam do mundo exterior e as protegem contra danos mecânicos e contra substâncias nocivas.
� Vegetais superiores, bactérias e fungos possuem também uma parede celular.
� Células eucarióticas possuem organelas.Organela é uma parte da célula rodeada por uma membrana e com funções específicas.
� Célula procariótica possui apenas a membrana celular.
Diferenças entre células eucarióticas e procarióticas
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Célula eucariótica típica(animais, vegetais superiores, fungos, protozoários)
Núcleo (envolvido por uma dupla membrana) - o RNA-mensageiro, sintetizado a partir de um DNA-matriz é exportado para o citoplasma, com destino aos ribossomos através de poros existentes na membrana nuclear.Principal funPrincipal funççãoão: sede do genoma e local da síntese de praticamente todo o RNA e da maior parte do DNA.
Mitocôndria - são as organelas respiratórias e, portanto, as centrais energéticas da célula. Contém o seu próprio DNA. Possuem uma membrana dupla. A membrana interna apresenta pregas designadas cristas que delimitam um espaço interno chamado de matriz. Na membrana interna estão as enzimas que participam do processo de oxidação. Na sua face interna ocorre a síntese do ATP.Principal funPrincipal funççãoão: organela responsável pelas reações de oxidação (exceto glicólise); fosforilação oxidativa; descarboxilação oxidativa (ácido pirúvico → acetil-CoA); ciclo do ácido cítrico; oxidação de ácido graxo.
Ribossomos - são partículas muito pequenas (≈ 20 nm) existentes no citoplasma e as únicas organelas sem membrana. Estão geralmente ligadas ao retículo endoplasmático, mas podem ser encontradas livres no citoplasma. Principal funPrincipal funççãoão: são nelas que ocorre a síntese de proteínas.
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Retículo endoplasmático (RE) - sistema formado por uma membrana contínua que se desenvolve em labirinto por todo o citoplasma. Está ligado simultaneamente àmembrana celular e à membrana nuclear, podendo ser rugoso ou liso. No retículo rugoso estão ligados os ribossomos.Principal funPrincipal funççãoão: ao retículo rugoso estão associados os ribossomos nos quais ocorre a síntese de proteínas.
Complexo de Golgi - conjunto de vesículas achatadas revestido por uma membrana simples que atua na secreção de proteínas para o exterior da célula. Está relacionado com o metabolismo dos açúcares, pois promove a ligação destes compostos a outros compostos celulares como, por exemplo, às proteínas.Principal funPrincipal funççãoão: responsável pela secreção de proteínas para o exterior das células; local onde os açúcares se ligam a outros constituintes celulares.
Citoplasma - é toda porção da célula exterior ao núcleo. O termo é frequentemente utilizado para englobar todos os componentes com exceção do núcleo e das mitocôndrias. Do citoplasma faz parte o citosol, ou seja, a porção solúvel da célula, excluídas todas as organelas.Principal funPrincipal funççãoão: local onde ocorre a glicólise; gliconeogênese (exceto a 1ª reação) e a síntese de ácidos graxos.
Observação: A membrana celular separa os constituintes da célula, ou seja, as organelas e o citosol, do meio exterior.
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Outras organelas de células eucarióticas:
Lisossomos - vesículas que contêm enzimas que, se não estivessem separadas dos lipídeos, proteínas e ácidos nucléicos, os destruiriam fora do tempo. Trata-se do tipo mais primário de controle enzimático, provavelmente, do mais primitivo.Principal funPrincipal funççãoão: contém enzimas hidrolíticas de proteínas, lipídeos e ácidos nucléicos.
Peroxissomos - semelhante aos lisossomos, contêm enzimas como a catalase, relacionadas com o metabolismo do peróxido de hidrogênio, que é tóxico para as células. Acatalase promove a transformação do peróxido de hidrogênio em O2 e H2O.Principal funPrincipal funççãoão: contêm enzimas do metabolismo do peróxido de hidrogênio. Nas plantas a oxidação dos ácidos graxos ocorre nos peroxissomos e glioxissomos.
Só em células vegetais:
Parede celular - proteção exterior das células vegetais. Constituída principalmente por celulose e, também, por glicoproteínas e compostos fenólicos.
Cloroplastos - são os locais da fotossíntese nas plantas superiores e algas; contêm o seu próprio DNA.
Glioxissomos - local onde ocorre o ciclo do ácido glioxílico (conversão de lipídeos em glicídeos) e oxidação dos ácidos graxos
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Célula procariótica (bactérias)
� Não possuem núcleo - DNA encontra-se concentrado numa região nuclear e, geralmente, ocorre na forma de uma única cadeia fechada ligada à membrana celular.
� Não possuem organelas - a única membrana é a membrana celular ou plasmática, constituída por lipídeos e proteínas.
Possuem parede celular rígida, constituída por poliosídeos (diferentes da celulose).
Os ribossomos estão no citosol, o que lhe confere um aspecto granuloso.
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Células eucarióticas
� Célula animal
� Célula vegetal
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Células procarióticas
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Principais semelhanças e diferenças entre células eucarióticas e células procarióticas
Eucarióticas Procarióticas
Animais Plantas
Núcleo sim sim - (1)
Membrana celular sim sim simParede celular - sim -Cloroplasto - sim - (2)
Mitocôndria sim sim - (3)
Retículo endoplasmático sim sim -Aparelho de Golgi sim sim -Ribossomos sim sim - (4)
Lisossomos sim sim -Glioxissomos - sim -Vacúolo central - (5) sim -
(1) DNA está separado do resto da célula, concentrado numa região nuclear.(2) nos procariotas autotróficos a fotossíntese ocorre nos cromatóforos.(3) as enzimas de oxidação estão na membrana celular.(4) os ribossomos encontram-se no citosol.(5) embora, por vezes, ocorram vacúolos em células animais, os das células vegetais são maiores e
fisiologicamente mais importantes.
Eucarióticas Procarióticas
Animais Plantas
Núcleo sim sim - (1)
Membrana celular sim sim simParede celular - sim -Cloroplasto - sim - (2)
Mitocôndria sim sim - (3)
Retículo endoplasmático sim sim -Aparelho de Golgi sim sim -Ribossomos sim sim - (4)
Lisossomos sim sim -Glioxissomos - sim -Vacúolo central - (5) sim -
(1) DNA está separado do resto da célula, concentrado numa região nuclear.(2) nos procariotas autotróficos a fotossíntese ocorre nos cromatóforos.(3) as enzimas de oxidação estão na membrana celular.(4) os ribossomos encontram-se no citosol.(5) embora, por vezes, ocorram vacúolos em células animais, os das células vegetais são maiores e
fisiologicamente mais importantes.
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