Ciência que estuda a química da vida

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Jorge Castelo
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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

2 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????

3 Características dos 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) E como existe tanta diversidade entre os seres vivos?

Unidades monoméricas agrupadas em sequência diversas podem originar várias moléculas diferentes S=N L onde: S = número de sequências possíveis N = número de unidades

4 Unidades monoméricas agrupadas em sequência diversas podem originar várias moléculas diferentes S=N L onde: S = número de sequências possíveis N = número de unidades existentes L = comprimento linear da sequência DNA S=4 8 = Proteínas S = 20 8 = 2,65x10 10 A variação no arranjo das unidades monoméricas variedade nas moléculas...

5 Células são unidades fundamentais dos seres vivos altamente organizadas Tecidos e Organismos Células Complexos supramoleculares Macromoléculas Unidades monoméricas As unidades monoméricas e essa hierarquia estrutural são compartilhadas por todas as células vivas

6 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 transcrição tradução DNA RNA Proteína replicação DNA 4 - Mecanismos de perceber e responder a alterações do meio

7 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.

8 Bioquímica área da ciência que estuda a estrutura das biomoléculas, suas propriedades e como elas interagem para conferir as características dos seres vivos

9 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

10 Composição das biomoléculas 87% Maior massa é de carbono, nitrogênio, oxigênio e hidrogênio Existe a participação de vários outros elementos em menores quantidade H 2 O = 60 a 70% massa C = 1/2 do peso seco das células

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

11 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

12 Carbono pode fazer ligações simples duplas e triplas com vários átomos na constituição das biomoléculas Forma ligações covalentes simples com o Hidrogênio Forma ligações covalentes simples e duplas com o Oxigênio Forma ligações covalentes simples e duplas com o Nitrogênio

13 Ligações entre átomos de C (tripla é rara nas biomoléculas)

14 Átomos de Carbono - Geometria tetraédrica Núcleo dos átomos das ligações com o C não estão em um mesmo plano, apresentam um arranjo tetraédrico

15 Ligações covalentes simples entre átomo de carbono Ângulo de 109 º entre duas ligações Comprimento de 0,154nm entre os átomos Possui rotação livre e geometria tetraédrica

16 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

17 Os átomos de C das biomoléculas formam cadeias lineares, ramificadas ou cíclicas, com ligações simples e duplas

18 Diversidade de ligação dos átomos de carbono proporcionam distribuição atômica espacial importante para as biomoléculas Configuração Arranjo tridimensional específico dos átomos que formam uma molécula A configuração dos átomos das moléculas biológicas é importante para a suas atividades

19 Moléculas com a mesma composição mas com distribuição espacial diferente dos grupamentos - ISÔMEROS Não podem ser convertidos sem a quebra de ligação Possuem características físicas e biológicas diferentes Dois tipos de isômeros são importantes nas moléculas biológicas isômeros geométricos isômeros ópticos Presença de dupla ligação entre dois átomos de C Presença de um carbono assimétrico

12 CH 3 Feromônio sexual produzido pela mosca-doméstica Feromônio sexual produzido pela

20 Isômeros geométricos ou cis-trans (Z ou E) Diferem no arranjo de seus grupos com relação a posição de ligantes em carbonos ligados por dupla ligação H 3 C (CH 2 ) 7 CH = CH (CH 2 ) 12 CH 3 Feromônio sexual produzido pela mosca-doméstica Feromônio sexual produzido pela mosca-doméstica (CIS) Biologicamente ativo Composto sintetizado (TRANS) Sem efeito sobre o macho

21 ACIDOS GRAXOS

22 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) Centro quiral ou assimétrico Moléculas biológicas podem ter mais que um centro quiral e portanto vários isômeros 2n (número de carbonos assimétricos)

biodegradáveis e como o R-limoneno tem efeito repelente

23 EXEMPLOS Terpeno (metabolito secundário defesa) - 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.

24 EXEMPLOS Ervas usadas na culinária Óleos essenciais para a indústria Terpeno defesa

25 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

26 1 - Hidrocarbonetos Metil Fenil Etil

27 2 - Grupos com oxigênio carbonila alcool - hidroxila aldeído cetona éter carboxila éster anidrido ( 2 carboxilas)

28 3 - Grupos com nitrogênio amina amida guanidina imidazol

29 4 - Grupos com enxofre sulfidrila dissulfeto tioester

30 5 - Grupos com fósforo fosforila acilfosfato (anidrido misto, acido carboxilico mais acido fosforico) fosfoanidrido

31 As moléculas biológicas podem ser consideradas polifuncionais em relação aos grupos químicos que as compõem

32 Os grupos funcionais são importantes porque eles é que vão determinar as interações químicas da molécula entre elas e com o ambiente (funções biológicas)

33 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

menos estáveis calor mais estáveis forma

34 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

35 Ligações de hidrogênio nas biomoléculas ocorrem entre moléculas que possuem grupos átomos de N, O e H: um átomo eletronegativo, aceptor de H (Oxigênio ou Nitrogênio) e... um hidrogênio ligado a outro átomo eletronegativo, doador de H (Oxigênio ou Nitrogênio)

36 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

37 Ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas mantem as fitas de DNA unidas

38 Grupamentos polares das moléculas podem formar ligações de hidrogênio com a água e interagir com ela

40 Óleo (lipideo) possui moléculas com grupamentos com baixa capacidade de formar ligações de hidrogênio com a água (triglicerídeos)

41 Alguns lipídeos por outro lado possuem estruturas anfipáticas e são importantes na constituição das membranas celulares

42 Presença de grupos com carga elétrica ou que fazem ligações de Hidrogênio classifica as moléculas em: Hidrofílicas (moléculas solúveis na água) Hidrofóbicas (moléculas não solúveis na água) Anfipáticas (moléculas com regiões que interagem com a água ou não) Essas interações fracas entre os diferentes grupos químicos que constituem as biomoléculas: ligações de hidrogênio interações hidrofóbicas interações iônicas (cargas + e -) Importantes para a manutenção da estrutura tridimensional das moléculas e suas funções biológicas

43 Estrutura, características químicas e função das biomoléculas Proteínas (Enzimas) Lipídeos (Gorduras) Carboidratos (Açúcares) Ácidos Nucleicos (DNA/RNA) - Genética

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