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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????
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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?
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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:
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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
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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
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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.
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Bioquímica área da ciência que
estuda a estrutura das
biomoléculas, suas propriedades e
como elas interagem para conferir
as características dos seres vivos
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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
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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
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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
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Forma ligações covalentes simples com o H
Forma ligações covalentes simples e duplas com o O
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Forma ligações covalentes simples e duplas com o N
Além disso.......
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Ligações entre átomos de C
(tripla é rara nas biomoléculas)
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Átomos de Carbono - Geometria tetraédrica
Núcleo dos átomos das ligações com o C não estão
em um mesmo plano, apresentam um arranjo
tetraédrico
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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
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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
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Os átomos de C das biomoléculas formam cadeias lineares,
ramificadas ou cíclicas, com ligações simples e duplas
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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
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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
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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
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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
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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.
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Ervas usadas na culinária
Óleos essenciais para a indústria
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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
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1 - Hidrocarbonetos
Metil
Etil
Fenil
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2 - Grupos com oxigênio
carbonila
aldeído cetona
carboxila
anidrido
( 2 carboxilas)
alcool - hidroxila
éter
éster
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3 - Grupos com nitrogênio
amina
amida
guanidina
imidazol
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4 - Grupos com enxofre
sulfidrila
dissulfeto
tioester
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5 - Grupos com fósforo
fosforila
fosfoanidrido
acilfosfato
(anidrido misto, acido carboxilico
mais acido fosforico)
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As moléculas biológicas podem ser consideradas
polifuncionais em relação aos grupos químicos
que as compõem
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Os grupos funcionais são importantes porque eles
é que vão determinar as interações químicas da
molécula entre elas e com o ambiente
(funções biológicas)
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A água constitui uma grande proporção
do organismos vivos (60 a 70% massa)
Molécula dipolar – arranjadas ordenadamente
através de ligações de hidrogênio
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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
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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...
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Grupamentos polares das moléculas podem formar
ligações de hidrogênio com a água e interagir com ela
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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
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Óleo possui moléculas sem grupamentos
capazes de formar ligações de hidrogênio com
a água (triglicerídeos)
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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
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Estrutura, características químicas e função das
biomoléculas • Carboidratos (Açúcares) • Proteínas (Enzimas) • Lipídeos (Gorduras)
• Ácidos Nucleicos (DNA/RNA)