Profª Eleonora Slide de aula. Introdução ao Estudo da Bioquímica

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1 Introdução ao Estudo da Bioquímica

2 Introdução aracterísticas 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, RA e DA (ligações fosfodiéster) Polissacarídeos (ligações glicosil) As estruturas maiores são montadas a partir de macromoléculas. As proteínas desempenham um papel central nos sistemas vivos.

3 aracterísticas Químicas da Matéria Viva Profª Eleonora Slide de aula A maioria dos organismos é constituída de apenas 16 elementos químicos Elementos químicos encontrados nos organismo Maiores elementos formadores de ligação covalente (todos os organismos) úmero atônico 1 Elementos traço (todos os organismos) Mn úmero atômico 25 6 Fe 26 7 o 27 O 8 u 29 P 15 Zn 30 S 16 Íons (todos os organismos) Elementos traço (alguns organismos) a + 11 B 5 Mg Al 13 l - 17 Si 14 K + 19 V 23 a Mo 42 I 53

4 Abundância relativa, aproximada, de bioelementos em todos os organismos e na crosta da Terra (em átomos por 100 átomos) Elemento O a K Si Mg P a Outros Organismos (a) ,27 0,073 0,046 0,033 0,031 0,030 0,015 traços rosta da Terra (b) 0,22 0,19 47 < 0,1 3,5 2,5 28 2,2 < 0,1 2,5 13,7 (a) E. S. Deevey, Scientific American, Sept. 1970, p. 149 (b) E. Frieden, Scientific American, Jul. 1972, p. 52

5 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 Ligações iônicas resultam de atração eletrostática entre dois grupos ionizados de cargas opostas, tais como os grupos carboxila (-OO - ) e amina (- + 3 ) nas proteínas Pontes de hidrogênio resultam da atração eletrostática entre um átomo eletronegativo (normalmente O ou ) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um segundo átomo eletronegativo. O átomo de hidrogênio, desta forma, é compartilhado entre dois átomos eletronegativo. Forças de van der Waaals 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. Interações hidrofóbicas 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.

6 Os organismos são constituídos, quase inteiramente, de água e de trinta pequenas moléculas precursoras. Bases aromáticas Purinas Pirimidinas 2 2 O O 2 O O O O 3 Adenina (A) Guanina (G ) itosina () Uracila (U) Timina (T) Açúcares O 2O O O O O O2 O O O O D-glicose D-ribose onstituintes dos lipídeos OO Ácido palmítico O 2 O O 2 G licerol 3 O olina

7 Aminoácidos Profª Eleonora Slide de aula

8 As macromoléculas são polímeros de pequenas moléculas precursoras. Proteínas (ligações peptídicas) Polissacarídeos (ligações glicosídicas) Ácidos nucléicos: RA e DA (ligações fosfodiésteres) (α-1,2) (β-1,4) (α-1,4)

9 Uma ligação fosfodiéster é um tipo de ligação covalente que é produzida entre dois grupos hidroxila (-O) 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 DA (ácido desoxirribonucleico) e de RA (ácido ribonucleico). Tanto no DA como no RA, 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. Fosfolipídeos 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 fosfato está esterificado ao carbono 5 da mesma. As estruturas maiores são montadas a partir de macromoléculas. As proteínas desempenham um papel central nos sistemas vivos.

10 DA (ácido desoxirribonucleico) RA (ácido ribonucleico)

11 Organismos Órgãos A hierarquia da estrutura biológica Tecidos élulas Organelas Associações supracelulares Peso da partícula: úcleo, mitocôndria, cloroplastos omplexos multienzimáticos, ribossomos, clorossomos, membranas, elementos estruturais,sistema contrátil Macromoléculas PM: Proteínas Ácidos nucleicos Polissacarídeos Unidades monoméricas PM: Aminoácidos ucleotídeos Açúcares Fosfolipídeos Pequenas moléculas precursoras PM: aminoácidos Bases aromáticas, Ribose Glicose Palmitato, Glicerol, olina Precursores ambientais O 2 2 O PM: O 2 2

12 Uma possível linha do tempo Evolução da Bioquímica Formação da Terra Microrganismos élulas com núcleo Formação atmosfera de oxigênio Organismos macroscópicos Dinossauros Seres umanos 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Bilhões de anos 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.

13 A árvore da vida Bacteria Eukarya Archaea Escherichia Salmonella Bacillus omo Saccharomyces Zea Methanococcus Archaeoglobus alobacterium Possível via evolutiva a partir de um ancestral comum a 3,5 bilhões de anos atrás até os organismos existentes no mundo moderno

14 Localização celular dos processos metabólicos Profª Eleonora Slide de aula 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. Diferenças entre células eucarióticas e procarióticas élulas eucarióticas possuem organelas. Organela é uma parte da célula rodeada por uma membrana e com funções específicas. élula procariótica possui apenas a membrana celular.

15 élula eucariótica típica (animais, vegetais superiores, fungos, protozoários) úcleo (envolvido por uma dupla membrana) - o RA-mensageiro, sintetizado a partir de um DA-matriz é exportado para o citoplasma, com destino aos ribossomos através de poros existentes na membrana nuclear. Principal função ão: sede do genoma e local da síntese de praticamente todo o RA e da maior parte do DA. Mitocôndria - são as organelas respiratórias e, portanto, as centrais energéticas da célula. ontém o seu próprio DA. Possuem uma membrana dupla. A membrana interna apresenta pregas designadas cristas que delimitam um espaço interno chamado de matriz. a membrana interna estão as enzimas que participam do processo de oxidação. a sua face interna ocorre a síntese do ATP. Principal função ão: organela responsável pelas reações de oxidação (exceto glicólise); fosforilação oxidativa; descarboxilação oxidativa (ácido pirúvico acetil-oa); 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 função ão: são nelas que ocorre a síntese de proteínas.

16 Retículo endoplasmático (RE) - sistema formado por uma membrana contínua que se desenvolve em labirinto por todo o citoplasma. Está ligado simultaneamente à membrana celular e à membrana nuclear, podendo ser rugoso ou liso. o retículo rugoso estão ligados os ribossomos. Principal função ão: ao retículo rugoso estão associados os ribossomos nos quais ocorre a síntese de proteínas. omplexo 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 função ão: responsável pela secreção de proteínas para o exterior das células; local onde os açúcares se ligam a outros constituintes celulares. itoplasma - 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 função ão: 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.

17 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 função ão: 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. A catalase promove a transformação do peróxido de hidrogênio em O 2 e 2 O. Principal função ão: contêm enzimas do metabolismo do peróxido de hidrogênio. as plantas a oxidação dos ácidos graxos ocorre nos peroxissomos e glioxissomos. Só em células vegetais: Parede celular - proteção exterior das células vegetais. onstituída principalmente por celulose e, também, por glicoproteínas e compostos fenólicos. loroplastos - são os locais da fotossíntese nas plantas superiores e algas; contêm o seu próprio DA. Glioxissomos - local onde ocorre o ciclo do ácido glioxílico (conversão de lipídeos em glicídeos) e oxidação dos ácidos graxos

18 élula procariótica (bactérias) ão possuem núcleo - DA encontra-se concentrado numa região nuclear e, geralmente, ocorre na forma de uma única cadeia fechada ligada à membrana celular. ão 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.

19 élulas eucarióticas élula animal élula vegetal

20 élulas procarióticas Profª Eleonora Slide de aula

21 Principais semelhanças e diferenças entre células eucarióticas e células procarióticas Eucarióticas Procarióticas Animais Plantas úcleo sim sim - (1) Membrana celular sim sim sim Parede celular - sim - loroplasto - 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) DA 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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