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Ciência que estuda a química da vida
Mostra como o conjunto de moléculas inanimadas que
constituem os seres vivos interagem para manter e
perpetuar a vida seguindo as leis da química e da física e
conferindo as características dos organismos.
Quais são as características de
todos os seres vivos????
1 - Complexidade química e organização microscópica
•Elementos químicos
comuns C, O, N, H e P
•Poucas unidades
fundamentais (monômeros)
compartilhadas por todos os
seres vivos
•Hierarquia celular
(organização similar)
Características dos seres vivos
E como existe tanta
diversidade entre os
seres vivos?
Unidades monoméricas agrupadas em
sequência diversas podem originar várias
moléculas diferentes
DNA → S=48 = 65.536
Proteínas → S = 208 = 2,65x1010
A variação no arranjo das
unidades monoméricas →
variedade nas moléculas ....
S = número de sequências possíveis
N = número de unidades existentes
L = comprimento linear da sequência
S=NL onde:
As unidades monoméricas e essa hierarquia estrutural
são compartilhadas por todas as células vivas
Células são unidades fundamentais dos seres vivos
altamente organizadas
Unidades
monoméricas Macromoléculas Complexos
supramoleculares Células Tecidos e
Organismos
2 - Possuem sistemas para
a extração, transformação
e uso da energia do meio
em que vive
3 - Capacidade de se
replicar e viver em
grupo
DNA DNA
RNA
Proteína
replicação
transcrição
tradução
4 - Mecanismos de perceber e responder a alterações do meio
5 - Possuem capacidade de definir funções para seus componentes e regular a interação entre eles.
6 - Possuem capacidade de se alterar ao longo do tempo por evolução gradual.
Bioquímica área da ciência que
estuda a estrutura das
biomoléculas, suas propriedades e
como elas interagem para conferir
as características dos seres vivos
Biomoléculas
Moléculas orgânicas que constituem os seres vivos
Biomoléculas quando observadas individualmente,
seguem todas as leis da física e química descritas
para a matéria inanimada
Conferem as características especiais dos
seres vivos quando elas passam a agir em
conjunto, com uma grande organização
87%
Maior massa é de
carbono, nitrogênio,
oxigênio e hidrogênio
Existe a participação
de vários outros
elementos em
pequena quantidade
C = 1/2 do peso
seco das células
Composição das biomoléculas
C é um átomo muito versátil em relação às
ligações covalentes que pode formar
Regra do octeto – na formação de uma ligação
covalente os átomos tendem a ficar com 8 elétrons na
camada de valência por compartilhamento de elétrons
(Hidrogênio 2 elétrons).
Carbono tem 4 elétrons na camada de valência – pode
se ligar com elementos e compartilhar esses elétrons
Carbono pode fazer ligações simples
duplas e triplas com vários átomos na
constituição das biomoléculas
Forma ligações covalentes simples com o H
Forma ligações covalentes simples e duplas com o O
Forma ligações covalentes simples e duplas com o N
Além disso.......
Ligações entre átomos de C
(tripla é rara nas biomoléculas)
Átomos de Carbono - Geometria tetraédrica
Núcleo dos átomos das ligações com o C não estão
em um mesmo plano, apresentam um arranjo
tetraédrico
Ligações covalentes simples entre átomo de carbono
Ângulo de 109º entre duas ligações
Comprimento de 0,154nm entre os átomos
Possui rotação livre e geometria tetraédrica
A dupla ligação entre os C confere maior
proximidade entre os átomos (0,134nm)
A geometria entre os C é planar
É rígida, não permite rotação entre os átomos pois
todos os átomos vizinhos estão em um mesmo plano
Os átomos de C das biomoléculas formam cadeias lineares,
ramificadas ou cíclicas, com ligações simples e duplas
Configuração
Arranjo tridimensional específico dos átomos
que formam uma molécula
Diversidade de ligação dos átomos de carbono
proporcionam distribuição atômica espacial
importante para as biomoléculas
A configuração dos átomos das moléculas
biológicas é importante para a suas atividades
Dois tipos de isômeros são importantes nas
moléculas biológicas
•Não podem ser convertidos sem a quebra de ligação
•Possuem características físicas e biológicas diferentes
Moléculas com a mesma composição mas com
distribuição espacial diferente dos grupamentos -
ISÔMEROS
Presença de dupla ligação
entre dois átomos de C
isômeros geométricos
Presença de um
carbono assimétrico
isômeros ópticos ou
estereoisômeros
Isômeros geométricos ou cis-trans
Diferem no arranjo de seus grupos com relação a posição de
ligantes em carbonos ligados por dupla ligação
Feromônio sexual produzido pela
mosca-doméstica (CIS)
Biologicamente ativo
Composto sintetizado (TRANS)
Sem efeito sobre o macho
H3C —(CH2)7 —CH = CH—(CH2)12— CH3
Feromônio sexual produzido pela mosca-doméstica
Isômeros ópticos ou Estereoisômeros
Um átomo de carbono
com quatro ligantes
diferentes (carbono
assimétrico ou centro
quiral) - duas
configurações que
são imagem especular
entre si
(D ou L, S ou R)
Moléculas biológicas podem ter mais que um centro quiral
e portanto vários isômeros – 2n (número de carbonos assimétricos)
Espelho
Uso na indústria de alimentos (flavorizantes), como
solventes biodegradáveis e como o R-limoneno tem
efeito repelente para insetos tem sido usado na
formulação de alguns inseticidas.
Ervas usadas na culinária
Óleos essenciais para a indústria
As cadeias de C das biomoléculas podem
possuir grupos com outros átomos que vão
contribuir para as propriedades químicas
das molécula.
Grupos funcionais
Separados em 5 famílias de compostos
1 - Hidrocarbonetos
2 - Grupos com oxigênio
3 - Grupos com nitrogênio
4 - Grupos com enxofre
5 - Grupos com fósforo
1 - Hidrocarbonetos
Metil
Etil
Fenil
2 - Grupos com oxigênio
carbonila
aldeído cetona
carboxila
anidrido
( 2 carboxilas)
alcool - hidroxila
éter
éster
3 - Grupos com nitrogênio
amina
amida
guanidina
imidazol
4 - Grupos com enxofre
sulfidrila
dissulfeto
tioester
5 - Grupos com fósforo
fosforila
fosfoanidrido
acilfosfato
(anidrido misto, acido carboxilico
mais acido fosforico)
As moléculas biológicas podem ser consideradas
polifuncionais em relação aos grupos químicos
que as compõem
Os grupos funcionais são importantes porque eles
é que vão determinar as interações químicas da
molécula entre elas e com o ambiente
(funções biológicas)
A água constitui uma grande proporção
do organismos vivos (60 a 70% massa)
Molécula dipolar – arranjadas ordenadamente
através de ligações de hidrogênio
As ligações de hidrogênio são constantemente
formadas e quebradas pelo movimento das
moléculas (dependente da temperatura)
↑ calor ↑movimento
moléculas e ligações de
hidrogênio menos
estáveis
↓ calor ↓movimento
moléculas e ligações de
hidrogênio mais
estáveis – forma cristal
Ligações de hidrogênio ocorrem entre:
um hidrogênio ligado a outro átomo eletronegativo,
doador de H (Oxigênio ou Nitrogênio)
um átomo eletronegativo, aceptor de H (Oxigênio
ou Nitrogênio) e...
Grupamentos polares das moléculas podem formar
ligações de hidrogênio com a água e interagir com ela
Ligações de Hidrogênio importantes nas
biomoléculas
Ligações de
Hidrogênio
podem ocorrem
entre moléculas e
a água, entre
grupos de uma
mesma molécula
ou de moléculas
diferentes
Óleo possui moléculas sem grupamentos
capazes de formar ligações de hidrogênio com
a água (triglicerídeos)
Presença de grupos com carga elétrica ou que fazem
ligações de Hidrogênio com a água classifica as
moléculas em:
hidrofílicas (moléculas solúveis na água)
hidrofóbicas (moléculas não solúveis na água)
Essas interações fracas:
• ligações de hidrogênio
• forças hidrofílicas e hidrofóbicas
• interações iônicas (cargas + e -)
Importantes para a manutenção da
estrutura tridimensional das
moléculas e suas funções
biológicas
Estrutura, características químicas e função das
biomoléculas • Carboidratos (Açúcares) • Proteínas (Enzimas) • Lipídeos (Gorduras)
• Ácidos Nucleicos (DNA/RNA)