Aulão: 16/05/2015 Conteúdo: Bioquímica Celular Básica

Profº Davi Vergara Profº Roberto Fonseca

Os avanços da Química, nos séculos XIX e XX, foram fundamentais para o desenvolvimento atual da Biologia.

O ramo das ciências naturais que estuda a química da vida – a Bioquímica – tem revelado não só a existência

de milhares e milhares de substâncias diferentes em uma única célula, como também a intrincada rede de reações

químicas das quais elas participam.

CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE QUÍMICA

Átomos (modelo de Rutherford-Bohr, 1911 – 1913) caracterizam-se por um núcleo maciço e pequeno

constituído de cargas positivas; os elétrons movimentam-se em órbitas circulares e elípticas, com valores constantes de

energia.

O átomo apresenta duas regiões: Núcleo (prótons + nêutrons) e Eletrosfera (elétrons). As massas do próton e do

nêutron são aproximadamente iguais; já a massa do elétron é cerca de 1840 vezes menor que a massa do próton. A carga

positiva do próton e a carga negativa do elétron apresentam valores exatamente iguais.

A identidade de um átomo é dada pelo seu NÚMERO ATÔMICO (Z), que corresponde ao número de prótons

presentes no núcleo de um átomo. O conjunto de todos os átomos com um mesmo número atômico denomina-se

ELEMENTO QUÍMICO.

A eletrosfera pode alterar-se em virtude do aumento ou diminuição do nº de seus elétrons. Nisso, podem ocorrer

três situações:

Cátion ou íon positivo (Na+, Ca+2)

Átomo Neutro (nº p+ = nº e-)

Ânion ou íon negativo (F-, P-3)

Propriedades Periódicas dos Elementos

O RAIO ATÔMICO é a distância do núcleo até o nível eletrônico mais externo da eletrosfera. Para átomos

neutros de elementos de um mesmo período, o raio atômico diminui com o aumento do nº atômico. Justificativa: atração

mais intensa entre núcleo e eletrosfera. Já para os de mesma família, o raio atômico aumenta com o aumento do nº

atômico. Justificativa: presença cada vez maior de níveis eletrônicos.

A ELETRONEGATIVIDADE é quando um átomo neutro apresenta tendência em receber elétrons, o que

caracteriza um caráter não-metálico; já a ELETROPOSITIVIDADE é a tendência que um átomo neutro tem em perder

elétrons, o que caracteriza um caráter metálico.

Ligações Químicas

Para o estudo das substâncias que constituem os seres vivos, as substâncias orgânicas, é importante conhecer

dois tipos de ligação química:

Na LIGAÇÃO COVALENTE, os átomos unem-se pelo compartilhamento de pares de elétrons, formando

moléculas. As molécula de todas as substâncias orgânicas apresentam ligações covalentes. Mas atenção: a ligação

covalente pode não formar moléculas, e sim o que chamamos de substâncias covalentes (grafite, diamante e sílica).

A LIGAÇÃO IÔNICA resulta da transferência de um ou mais elétrons de um átomo para outro. A consequência

é a formação de cátions e ânios, um atraindo o outro devido a cargas opostas entre si. Ex.: sal de cozinha (Na+Cl-).

Polaridade (em moléculas diatômicas)

Moléculas constituídas por átomos diferentes apresentam dois pólos de carga elétrica: um pólo positivo, junto

ao átomo menos eletronegativo de menor presença eletrônica e um pólo negativo junto ao átomo mais eletronegativo de

maior presença eletrônica. A presença desses pólos caracteriza essa ligação como POLAR.

Ganha elétrons

Perde elétrons

A ÁGUA E OS SERES VIVOS

Os seres vivos apresentam de 65% a 85% de água na sua composição (dependendo da espécie, da idade e da

atividade metabólica). Tecidos mais jovens ou com mais atividade metabólica apresentam maior teor de água. A taxa

de água decresce com a idade, ou seja, o teor de água nos tecidos diminui com o envelhecimento.

Segue abaixo os principais aspectos sobre a água:

Atua como solvente das reações químicas dos seres vivos e participa das reações de hidrólise;

Transporta substâncias, como sangue, seivas e urina;

Possui ação lubrificante para evitar o atrito entre os ossos e os órgãos entre si;

Exerce proteção térmica, como no mecanismo de transpiração, dissipando parte do calor. Logo, regula a

temperatura corporal devido ao seu alto calor específico (capacidade de absorver muita energia sem aumentar

bruscamente a temperatura);

Apresenta algumas propriedades: coesão (união de moléculas de água), adesão (quando água molha

superfícies polares) e capilaridade (capacidade de atravessar espaços estreitos).

SAIS MINERAIS

Sódio e Potássio: atuam conjuntamente na condução do

impulso nervoso, sendo o sódio mais abundante no meio

extracelular e o potássio no meio intracelular.

Magnésio: componente de muitas enzimas;

faz parte da composição da clorofila,

captando a luz solar.

Iodo: componente dos hormônios

da tireoide, que estimulam o

metabolismo.

Flúor: componente dos ossos e dos dentes;

protege os dentes contra cáries.

Fluorapatita

Cobalto:

componente d

vitamina B12;

essencial para a

produção das

hemácias.

Cálcio: componente importante dos ossos e dos

dentes. Essencial à coagulação do sangue.

Fósforo: componente importante dos ossos e dos

dentes. Componente do DNA e do RNA.

Ferro: componente da hemoglobina, auxiliando no

transporte de gases no sangue, sendo, portanto,

fundamental para respiração celular.

LIPÍDIOS

GLICERÍDEOS: são constituídos por uma molécula do álcool glicerol ligados a uma, duas ou três moléculas de

ácidos graxos; neste último caso, são chamados de triglicerídios.

Glicerol Ácidos Graxos Glicerídeo

Gorduras: são formadas por glicerol + 3 ácidos graxos saturados. Logo, são sólidas a temperatura ambiente. Possuem

diversas funções, entre as quais: estoque de energia em animais, amortecedores de impacto e isolante térmico. Além

disso, contribuem para flutuabilidade de animais marinhos.

Óleos: são formados por glicerol + 1,2 ou 3 ácidos graxos insaturados. Logo, são líquidos a temperatura ambiente.

Função principal está no estoque de energia em plantas.

CERAS: são constituídas por uma molécula de álcool (diferente do glicerol) unida a uma ou mais moléculas de ácidos

graxos. Por serem altamente insolúveis em água, as ceras são úteis a plantas e animais, pois tem como função principal

a impermeabilização, o que evita a desidratação excessiva. Estão presentes na casca de frutas; no exoesqueleto dos

insetos; no ouvido humano e na superfície de folhas vegetais.

ESTERÓIDES: são constituídos, cada molécula, por átomos de carbono interligados, formando quatro anéis, aos

quais se ligam cadeias carbônicas, grupos hidroxilas ou átomos de oxigênio. Exs.: colesterol e diversos hormônios,

entre eles os chamados hormônios sexuais, como a testosterona, progesterona e estrógeno.

FOSFOLIPÍDIOS: principais

componentes das membranas celulares. É

um glicerídeo combinado a um grupo

fosfato.

Colesterol Bom e Ruim: essas expressões se referem às proteínas carregadoras de

lipídios, chamadas de lipoproteínas e conhecidas como LDL e HDL. Em overdose de

colesterol no sangue, o LDL passa a se depositar na parede dos vasos sanguíneos

(aterosclerose).

CAROTENÓIDES: são pigmentos de cor vermelha, laranja ou

amarela, insolúveis em água e solúveis em óleos e solventes orgânicos.

Estão presentes nas células de TODAS as plantas.

PROTEÍNAS

São relativamente grandes por serem formadas pela união sequencial de dezenas ou mesmo centenas de

moléculas menores, denominadas aminoácidos.

Aminoácido é um molécula orgânica na qual existem vinte tipos. É formada por átomo de carbono ligado a um

grupo amina (– NH2), um grupo carboxila (– COOH), um átomo de hidrogênio (– H) e um grupo denominado,

genericamente, radical (– R). Este é o grupo que varia nos diferentes aminoácidos e os caracteriza.

ENZIMAS são proteínas que atuam como catalisadores biológicos em reações químicas, podendo ser

reutilizadas. Apresentam “encaixes” que se adaptam às moléculas sobre as quais ela atua, denominadas genericamente

substratos enzimáticos. A parte da enzima responsável pelo encaixe com o substrato é chamada de centro ativo.

Queratina: fortalecimento de cabelos e unhas.

Hemoglobina: auxilia no transporte de gases no sangue.

Anticorpos: atuam na defesa do corpo.

Colágeno: aumenta resistência dos ossos, cartilagens e tendões.

Actina e miosina: responsáveis pela contração muscular.

A união de dois aminoácidos se dá por ligação peptídica, que

resulta de uma síntese por desidratação. Ela sempre ocorre entre o grupo

amina de um aminoácido e o grupo carboxila do outro.

LACTOSE GLICOSE + GALACTOSE

As enzimas aceleram as reações químicas

diminuindo a energia de ativação. FATORES QUE AFETAM A ATIVIDADE DAS ENZIMAS

Concentração de substrato: se a concentração da enzima for

constante, aumentos sucessivos na concentração do substrato são

acompanhados por aumentos cada vez menores na velocidade da

reação.

Temperatura: existe uma temperatura na qual a

atividade da enzima é máxima, é a temperatura

ótima.

pH: as enzimas têm um pH ótimo, no qual catalisam, com

maior eficiência, uma determinada reação química, cuja

velocidade é máxima.

GLICÍDIOS

São moléculas formadas por átomos e carbono, hidrogênio e oxigênio. Essas moléculas também são chamadas

de hidratos de carbono, carboidratos ou açúcares.

Os vegetais, as algas e algumas bactérias produzem glicose na fotossíntese a partir de gás carbônico (CO2), água

(H2O) e energia luminosa. A glicose produzida na fotossíntese pode ser utilizada como fonte de energia na respiração

celular, ser armazenada na forma de amido nos caules e nas raízes dos vegetais ou, ainda, ser utilizada na formação de

celulose presente na parede celular dos vegetais e das algas.

Monossacarídeos: são carboidratos simples que não precisam sofrer digestão quando são ingeridos, possuem fórmula

geral CnH2nOn, em que o valor de n varia entre 3 e 7. O nome dos monossacarídeos é dado pelo valor de n.

Os mais abundantes são as hexoses, com fórmula geral C6H12O6, como a glicose, a frutose e a galactose. Esses

carboidratos são utilizados como fonte de energia na respiração celular.

As pentoses, como desoxirribose e ribose, possuem papel estrutural, pois são componentes das moléculas dos

ácidos nucleicos, DNA e RNA, respectivamente.

Oligossacarídeos: são carboidratos formados pela união de 2 até 10 unidades de monossacarídeos. Os mais conhecidos

são os dissacarídeos, formados pela união de dois monossacarídeos

Dissacarídeo Unidades formadoras Fonte

Sacarose Glicose + Frutose Cana e beterraba

Maltose Glicose + Glicose Cereais

Lactose Glicose + Galactose leite

Os dissacarídeos presentes nos alimentos não são aproveitados diretamente pelo organismo. Essas moléculas

precisam ser digerida (hidrolisadas) pela ação de enzimas específicas em suas unidades formadoras (monossacarídeos)

para serem absorvidas nas microvilosidades intestinais e, então, chegarem até as células, via corrente sanguínea.

𝐶12𝐻22𝑂11 + 𝐻2𝑂 𝐶6𝐻12𝑂6 + 𝐶6𝐻12𝑂6

Polissacarídeos: são moléculas orgânicas formadas pela união de mais de 10 moléculas de monossacarídeos. Ao

contrário dos monossacarídeos e dos dissacarídeos, os polissacarídeos são, geralmente, insolúveis em água.

O amido é o polissacarídeo de reserva energética dos vegetais, sendo armazenado nas células do parênquima

amilífero de caules (batatinha) e raízes (mandioca).

O glicogênio é o polissacarídeo de reserva energética animal, sendo armazenado o fígado e nos músculos.

Os polissacarídeos necessitam sofrer digestão para liberarem as glicoses para serem utilizadas como fonte de

energia celular.

A celulose é o carboidrato mais abundante do planeta, rica em glicose, no entanto os animais não possuem a

enzima celulase e, portanto, não conseguem digeri-lo. Mesmo assim, a ingestão de alimentos ricos em celulose é

importante para o bom funcionamento do intestino. Animais, como os ruminantes, possuem em seu sistema digestório

microorganismos como bactérias, que digerem a celulose. Os cupins podem aproveitar a celulose da madeira por terem

protozoários produtores de celulase em seu intestino.

A quitina é um polissacarídeos rígido que contém átomos de nitrogênio na molécula. Constitui o esqueleto

externo dos artrópodes, como os insetos, crustáceos e aracnídeos, eentra na composição da parede celular de fungos.

síntese

hidrólise

Ao fazer fotossíntese, as células desses organismos

produzem amido e o armazenam. Em momentos de

necessidade (à noite, por exemplo), o amido é hidrolisado,

transformando-se em moléculas de glicose, utilizdas como

fonte de energia e de matéria prima para a produção de

substâncias celulares. Grãos como trigo e o milho são ricos

em amido, por exemplo.

Depois de uma refeição rica em glicídios, as células do nosso

fígado utilizam moléculas de glicose do sangue para sintetizar

glicogênio. Quando a taxa de glicose no sangue diminui, nos períodos

entre as refeições, as células hepáticas hidrolisam o glicogênio

armazenado, reconvertendo-o em moléculas de glicoses, que são

liberadas para o sangue e levadas a todas as células do sangue.

VITAMINAS

São substâncias orgânicas de que nossas células necessitam em pequenas quantidades para se manterem

saudáveis. Precisamos obtê-las da dieta, pois nosso organismo é incapaz de produzi-las. A maioria atua como fator

auxiliar em reações químicas catalisadas por enzimas. Elas podem ser hidrossolúveis, entre elas a B1, B3, B12 e C, ou

lipossolúveis, como a A, D e K.

ÁCIDOS NUCLEICOS: são polímeros de nucleotídeos (ácido fosfórico + pentose + base nitrogenada).

TRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP):a moeda energética da Vida

B1: auxilia a oxidação dos

carboidratos, estimula o apetite

e mantém o tônus muscular e

nervoso.

Carência BERIBÉRI

D: mantém os ossos e dentes em bom estado;

atua no metabolismos do cálcio e do fósforo.

Carência RAQUITISMO

A: necessária para o crescimento normal e para o bom

funcionamento dos ohos, do nariz, da boca, das orelhas e

dos pulmões.

Carência CEGUEIRA NOTURNA E XEROFTALMA

C: mantém a integridade dos vasos

sanguíneos e a saúde dos dentes.

Carência ESCORBUTO

B3: mantém o tônus muscular e

nervoso e o bom funcionamento

do sistema digestivo

Carência PELAGRA

B12: é essencial para a

maturação das hemácias e para

síntese de nucleotídeos.

Carência ANEMIA PERNICIOSA

K: atua na coagulação do sangue.

Carência HEMORRAGIAS

Estrutura do nucleotídeo de DNA

Há dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico

(DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). Essas substâncias apresentam,

respectivamente, desoxirribose e ribose em suas moléculas. Dos cinco

tipos de bases nitrogenada, três ocorrem tanto no DNA quanto no RNA

– adenina (A), citosina (C) e guanina (G). A base nitrogenada timina

(T) ocorre exclusivamente no DNA, enquanto a base uracila (U) ocorre

exclusivamente no RNA.

Moléculas de DNA são constituídas por duas cadeias de

nucleotídeos enroladas uma sobre a outra, lembrando uma

escada helicoidal. As duas cadeias mantêm-se unidas entre

si por meio de um tipo especial de ligação, a ligação de

hidrogênio entre pares de bases específicos: adenina

emparelha-se com timina; guanina emparelha-se com

citosina; e, no caso do RNA, adenina emparelha-se com

uracila.

A união dos nucleotídeos se dá com a ligação entre o

fosfato de um com o açúcar (pentose) do outro. Essa

ligação recebe o nome de fosfodiéster.

A função do ATP pode ser descrita em três passos: o

primeiro é captar energia de reações exergônicas (respiração

celular) da degradação do alimento; o segundo é armazenar essa

energia em ligações moleculares de alta energia (entre os

fosfatos); e a terceira é transferir a energia para reações

endergônicas (secreção de substâncias, locomoção).

Durante esse fornecimento, o ATP quebra-se em ADP

(difosfato de adenosina) e Pi (grupo fosfato inorgânico),

liberando 7,3 Kcal/mol, que pode ser aproveitada para as

atividades celulares.