Fundamentos da Bioquímica I: Água, a Molécula que viabilizou a vida terrestre. Água: Aspectos estruturais e físicoquímicos

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1 Fundamentos da Bioquímica I: Diversidade Química de élulas omponente % peso ompostos Unidade Moléculas diferentes Básica diferentes Água Proteínas aminoácido 20 DNA 1 1 nucleotídeo 4 NA 6 > nucleotídeo 4 Polissacarídeos 3 5 açúcares ~50 Membranas 2 > 350 lipídios < 350 Monômeros Íons inorgânicos Água, a Molécula que viabilizou a vida terrestre meio (solvente) para a maioria das reações bioquímicas é a água; Praticamente todas as moléculas biológicas adotam suas formas (e, portanto, suas funções) em resposta às propriedades físicas e químicas da água; A água é o principal meio de transporte de edutos e produtos de reações metabólicas e de nutrientes, dentro e entre as células; A própria água participa ativamente de muitas reações químicas que dão suporte à vida. om freqüência, os componentes iônicos da água, os íons + e -, são os principais catalisadores químicos em reações bioquímicas. A reatividade de muitos grupos funcionais nas moléculas biológicas depende, de fato, das concentrações relativas de + e - no meio circundante; A oxidação da água para produzir oxigênio molecular é uma reação fundamental da fotossíntese, o processo que converte a energia solar em uma forma química utilizável. A utilização dessa energia acaba por levar à redução de 2 novamente a 2 0. Água: Aspectos estruturais e físicoquímicos Propriedades físicoquímicas comprovam a existência de forças de interação fortes entre as moléculas de água em solução omposto Peso Ponto de Ponto de molecular fusão ( ) ebulição ( ) Água ( 2 ) Metanol ( 3 ) Acetona ( 3 ) lorofórmio (l 3 ) As pontes de hidrogênio são responsáveis pelas propriedades físicoquímicas peculiares da água; ada molécula de água líquida se reorienta aproximadamente uma vez a cada s. Substâncias hidrofílicas têm afinidade para moléculas de água Substâncias hidrofóbicas não têm afinidade para moléculas de água. 1

2 Água: Equilíbrio ácido-base [ ] [ ] K = [ ] 2 p < 7 meio ácido + K w = [ ] [ ] = 10 M + p = log [ ] 14 2 p > 7 meio básico p = 7 meio neutro + [ ] [ A ] K = [ A] + [ A] ] = K [ A ] [ pk = log K [ A ] p = log K + log [ A] [ A ] p = pk + log [ A ] p onc + p Drenagem ácida Sangue Ácido do estômago Água de mar Suco de limão Bicarbonato de farinha Vinagre, coca cola Leite de Magnésia Tomates Amoníaco afé Água destilada Urina Saliva arbono: Principal Elemento Estrutural da Biologia rosta Terrestre orpo umano Elemento % Elemento % Si AI Fé 4.5 N 1.4 a 1.4 a 0.31 Na 2.5 P 0.22 K 2.5 I 0.08 Mg 2.2 K

3 arbono: Estrutura tridimensional tendência das nuvens de elétrons de se distanciar ao máximo umas das outras molécula tetraédrica molécula planar molécula linear arbono: Aspectos estruturais: quiralidade bjetos ou Moléculas quirais são estruturas cujas imagens-espelho não podem ser superpostas arbono: Aspectos estruturais: quiralidade Todos os átomos de carbono com quatro ligantes diferentes são quirais 3

4 arbono: Aspectos estruturais: quiralidade omo identificar se o centro quiral de um aminoácido é L ou D: 1. bserve a molécula ao longo do eixo entre a ligação - 2. Se a leitura dos outros três ligantes em sentido horário resultar na palavra N, trata-se de uma molécula L. 3. Se a palavra formada for diferente, trata-se de uma molécula D. Grupos funcionais importantes na bioquímica Grupo funcional: Ácido carboxílico arbonila: Aldeído arbonila: etona conjunto de átomos ligados entre si por ligações covalentes, que possui propriedades fisicoquímicas e reatividade química semelhante quando ligado a moléculas diferentes. 1 2 Ácidos orgânicos, aminoácidos, ácidos graxos, lipídeos, proteínas Grupo funcional de açúcares redutores Piruvato, intermediários do ciclo do ácido carboxílico, açúcares Álcool Lipídeos, carboidratos, álcoóis biogênicos Éster Grupos funcionais importantes na bioquímica 2 1 Lipídios de procariotos e eucariotos, ligação dos aminoácidos aos t-nas Éter Lipídios de arqueas, esfingolipidios Fosfoéster P Ácidos nucléicos, DNA, NA, ativação química transitória de moléculas em reações catalisadas por enzimas 4

5 Grupos funcionais importantes na bioquímica Fosforila 1 P Ativação de moléculas para reações posteriores Anidrido Misto P Ativação de moléculas para reações posteriores Fosfanidrido 2 P P 1 Ativação de moléculas para reações posteriores Grupos funcionais importantes na bioquímica Metila Lipídios de arqueas, esfingolipidios Etila Vitaminas, compostos bioquímicos Fenila Vitaminas, compostos bioquímicos Grupos funcionais importantes na bioquímica Amina N 2 Aminas biológicas Amido 1 N 2 Amidas biológicas Amida 1 N 2 Proteínas Guanidina 1 N N 2 Bases nitrogenadas N 5

6 Grupos funcionais importantes na bioquímica Sulfhidrila S Dissulfeto 2 S S 1 Proteínas (aminoácidos) Pontes para estabilização mecânica da estrutura terciária de proteínas Tioéster 1 S 2 Metabolismo energético, biossíntese de ácidos graxos, transferências de grupos 2 Imidazol N N Vitaminas, compostos bioquímicos Graus de xidação do Átomo de arbono em Biomoléculas Metano 4 Álcool 2 Aldeído Ácido carboxílico Dióxido de carbono Pontes de idrogênio Papel importantíssimo na estabilização permanente ou transitória de estruturas biológicas 6

7 Pontes de Disulfeto Formadas entre duas moléculas de cisteína em regiões diferentes de uma proteína Vitais para a estabilização da estrutura terciária de proteínas Lipídeos Funções: Armazenamento de energia na forma de gordura. omponente estrutural de membranas ormônios (eucariontes superiores) Vitaminas A, D, E e K são solúveis em lipídeos apa de gordura para isolamento térmico e absorção de choques (mamíferos) lassificação: Ácidos graxos: Glicérides: Lipídeos não glicerídicos: saturados, insaturados, prostaglandinas. glicerídios, fosfoglicerídeos ceras, esfingolipideos, esteróides Ácidos graxos saturados Símbolo Nome comum Estrutura Temp. Fusão 12:0 Ácido láurico 3 ( 2 ) 10 44,2 14:0 Ácido mirístico 3 ( 2 ) :0 Ácido palmítico 3 ( 2 ) 14 63,1 18:0 Ácido esteárico 3 ( 2 ) 16 69,1 20:0 Ácido araquídico 3 ( 2 ) 18 75,1 22:0 Ácido beênico 3 ( 2 ) :0 Ácido lignocérico 3 ( 2 ) 22 84,2 7

8 Ácidos graxos insaturados: Praticamente todas as ligações duplas em cis Símbolo Nome comum Estrutura Temp. Fusão 16:1( 9 ) Ácido palmitoleico 3 ( 2 ) 5 =( 2 ) 7-0,5 18:1( 9 ) Ácido oléico 3 ( 2 ) 7 =( 2 ) 7 13,2 18:2( 9,12 ) Ácido linoléico 3 ( 2 ) 4 (= 2 ) 2 ( 2 ) :3( 9,12,13 ) Ácido α-linolênico 3 ( 2 ) 4 (= 2 ) 3 ( 2 ) :3( 6, 9,12 ) Ácido γ-linolênico 3 ( 2 ) 4 (= 2 ) 3 ( 2 ) 3 20:4( 5,8,11,14 ) Ácido araquidônico 3 ( 2 ) 4 (= 2 ) 4 ( 2 ) 2-19,5 20:5( 5,8,11,14,17 ) AEP 3 2 (= 2 ) 5 ( 2 ) :1( 15 ) Ácido nervônico 3 ( 2 ) 7 =( 2 ) Ácidos graxos: temperatura de fusão Glicerídeos: Ésteres de glicerol e ácidos graxos: eserva energética no interior de lipossomos de eucariontes glicerol 8

9 Fosfolipídeos: Principal omponente Estrutural das Membranas de élulas apolar polar Fosfolipídeos são moléculas anfifílicas, ou seja, possuem uma extremidade polar e outra apolar. Fosfolipídeos: Principal omponente Estrutural das Membranas de élulas Fosfolipídeos: Principal omponente Estrutural das Membranas de élulas Água Ácidos graxos excluem água Água Mobilidade de Fosfolipídeos na Membrana ápida Muito lenta 9

10 Lipídios de Membranas de Arquéias Unidades de isopreno Difitanilgliceroltetraéter: Membranas de Arquéias Fosfolipídeos passantes na Membrana utros Lipídeos de Membranas olesterol: somente na membrana de eucariotos: 5% a 25% dos lipídeos de membranas, eforço estrutural opanóides: assumem o papel do colesterol nas membranas de procariotos 10

11 Lipídeos com ação hormonal (eucariotos) Lipídeo Artificial Não-metabolizável eteropolissacarídeos Estruturais e Funcionais Glicolipídeo 11

12 apítulos para estudo: Voet: capítulo 2 (água) Voet capítulo 9 (lipídios) Lehninger capítulo 3 (carbono, etc.) versão com capa amarela. bservação: os capítulos indicados são os mais adequados para estudo. È possível encontrar o material de lipídios discutido em aula também no capítulo correspondente do Lehninger, só que lá há muito mais informação do que o necessário, direcionada principalmente para bioquímica de eucariontes. Não há capítulo no Voet correspondente ao capítulo 3 do Lehninger 12