introdução ao estudo da bioquímica -...

Profª Eleonora – Slide de aula

IntroduIntroduçção ao Estudo da Bioquão ao Estudo da Bioquíímicamica


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.


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


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


� 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.


� 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.


� Aminoácidos


� 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)


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.


DNA (ácido desoxirribonucleico) RNA (ácido ribonucleico)


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


� 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


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


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


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.


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.


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


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.


Células eucarióticas

� Célula animal

� Célula vegetal


Células procarióticas


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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