23/08/2016. INTRODUÇÃO Histórico 1665: Robert Hooke Compartimentos (Células) 1840: Theodor Schwann Teoria Celular. Professora: M.Sc.

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1 Professora: M.Sc. Renata Fontes Bioquímica é a ciência que estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos. Trata da estrutura e função metabólica de componentes celulares como proteínas, carboidratos, lipídios, ácidos nucléicos e outras biomoléculas. INTRODUÇÃO Histórico 1665: Robert Hooke Compartimentos (Células) 1840: Theodor Schwann Teoria Celular 1. Todos os organismos são constituídos de uma ou mais células 2. A célula é a unidade básica de organização dos organismos 3. Toda a célula vem de outra preexistente 1

2 CÉLULA Unidades de vida compartimentalizadas Complexo de moléculas agrupadas por funções estruturais comuns: Arquitetura Processos metabólicos: Replicação de DNA Síntese protéica Produção de energia Classificação: Procarióticas e Eucarióticas PROCARIOTO EUCARIOTO ANIMAL EUCARIOTO VEGETAL A HIERARQUIA ESTRUTURAL DAS PROCARIOTO x EUCARIOTO ESTRUTURAS BIOLÓGICAS Procariotos Eucariotos 1.Envoltório Nuclear 2. Cromossomo 3. Nucléolo 4. Divisão Celular Ausente Único Ausente Cromossomos separados por ligação à MP Presente Múltiplos Presente Cromossomos separados por Microtúbulos 5. Citoplasma 6. Organelas Sem Citoesqueleto Nenhuma Citoesqueleto Várias 7. Organização Celular Principalmente Unicelular Principalmente Multicelular 2

3 CONSTITUINTES BIOQUÍMICOS Água e Minerais Lipídios Proteínas Carboidratos Ácidos Nucléicos O segredo da vida! COMPONENTES MOLECULARES Orgânicos Proteínas Carboidratos Lipídios Ácidos Nucléicos Inorgânicos Água Sais Minerais ÁGUA Encontrado em maior quantidade nas células Solvente natural de íons, minerais e outras substâncias Indispensável para o metabolismo Conteúdo de água: Idade Atividade Metabólica 90% a 95% SAIS MINERAIS Manutenção da pressão osmótica Manutenção do equilíbrio ácido-básico Co-fatores enzimáticos Mg Formação de ATP Pi Cl - Na + e K + Função reguladora e formação de ossos Ca Oligoelementos: Fe, I e outros Patologias Anemia Doença óssea LIPÍDEOS Duas regiões Hidrofílica (Polar) e Hidrofóbica (Apolar) Relativamente insolúveis em água Solúveis em solventes orgânicos Bicamadas Membrana Plasmática Cabeça Polar Cauda Apolar Grupo Fosfato Glicerol Molécula Fosfolipídio 3

4 LIPÍDEOS Principais Lipídeos Celulares Fosfolipídios pequenas moléculas lipídicas formadas por ácido graxo e glicerol Colesterol constituinte de muitas membranas celulares Precursor para a síntese de hormônios Cabeça Polar Cauda Apolar Grupo Fosfato Glicerol Molécula Fosfolipídio POLÍMEROS BIOLÓGICOS Monômeros ligados covalentemente Importantes Polímeros Celulares Ácidos Nucléicos Polissacarídeos Patologias Doenças Cardiovasculares Obesidade Polipeptídeos CARBOIDRATOS Principal fonte de energia celular Importantes constituintes estruturais Parede Celular Sinais de reconhecimento Função informacional Substância intercelular Função estrutural CARBOIDRATOS CLASSIFICAÇÃO Monossacarídeos glicose (fonte de energia celular) Dissacarídeos maltose Oligossacarídeos rafinose Polissacarídeos glicogênio, amido, quitina e celulose PROTEÍNAS Polímeros de aminoácidos Constituem mais da metade do peso seco de uma célula Funções Catalisam reações químicas Controlam a permeabilidade das membranas Regulam a concentração de metabólitos Reconhecem e ligam (não covalentemente) outras biomoléculas Proporcionam movimento Controlam a função gênica AMINOÁCIDOS 4

5 NÍVEIS DE ORGANIZAÇÃO Estrutura Secundária Estrutura Primária Estrutura Terciária Estrutura Quaternária PROTEÍNAS CLASSIFICAÇÃO Fibrosas possuem uma estrutura filamentosa desenvolvem papel estrutural em células e tecidos animais proteínas da pele, tecido conjuntivo, cabelo, lã, seda, entre outros Globulares possuem uma estrutura enovelada e compacta podem ser encontradas em qualquer organismo realizam a maioria do trabalho bioquímico celular PROTEÍNAS Funções Importantes Morfologia celular Controle da permeabilidade celular Regulação a concentração de metabólitos Ligam a outras biomoléculas: Transporte Controle da expressão gênica Catalisadores das reações químicas ÁCIDOS NUCLÉICOS Grandes biomoléculas: Nucleotídeos Tipos DNA e RNA DNA: Cromossomos contendo genes RNA: Síntese de proteínas ÁCIDOS NUCLÉICOS DNA Polímero formado por monômeros (nucleotídeos) Açúcar + Fosfato elementos invariáveis Bases nitrogenadas A, G (purinas) C, T (pirimidinas) # O grupo fosfato liga o carbono 3 do açúcar de um nucleotídeo ao carbono 5 do nucleotídeo seguinte através de uma ligação fosfodiéster. ÁCIDOS NUCLÉICOS FLUXO DA INFORMAÇÃO GÊNICA DNA DNA (replicação) DNA RNA (transcrição) RNA proteína (tradução) RNA DNA (transcrição reversa) 5

6 Composição Química da Célula* Substâncias Animais Plantas Água 62% 74% Sais Minerais 4% 2,5% Carboidratos 6% 18% Lipídios 11% 0,5% Proteínas 17% 4% * valores médios A bioquímica das células apresenta constituintes inorgânicos e orgânicos A água é o constituinte mais abundante Existem reservas de carboidratos e lipídios, mas não de proteínas Todos os constituintes bioquímicos são importantes, pois realizam funções vitais Os ácidos nucléicos coordenam direta ou indiretamente todo o metabolismo celular ELEMENTOS QUÍMICOS RELACIONADOS COM A VIDA COMPOSIÇÃO NOS SERES VIVOS SAIS MINERAIS: conceitos: São compostos químicos encontrados livres no ambiente físico ou nos seres vivos, onde atuam principalmente como reguladores das atividades das células, representando cerca de 1% do total da sua composição. Podem ser insolúveis ou solúveis em água. 6

7 SAIS MINERAIS: Funções: Sais insolúveis Os sais minerais insolúveis em água entram na composição de estruturas esqueléticas e de sustentação, como os ossos, nos vertebrados SAIS MINERAIS Manutenção da pressão osmótica Manutenção do equilíbrio ácido-básico Co-fatores enzimáticos Mg Formação de ATP Pi Função reguladora e formação de ossos Ca Oligoelementos: Fe, I e outros Patologia Anemia Doença óssea ou Osteoporose SAIS MINERAIS: Funções: Os sais minerais solúveis quando se encontram dissolvidos em água, formam os íons. É nessa forma que eles desempenham a sua atividade reguladora fundamental. Íons de sódio e cloro PRINCIPAIS ÍONS Papel biológico: Fosfato (PO 4 ) 3- Encontrado nos líquidos intercelulares e no plasma sangüíneo. No esqueleto, sob a forma de fosfato de cálcio, confere rigidez aos ossos. Fundamental nos processos de transferência de energia na célula (componente do ATP). 7

8 PRINCIPAIS ÍONS Papel biológico: PRINCIPAIS ÍONS Papel biológico: Cloreto (Cl) Principal ânion do líquido extracelular. É um dos componentes do suco gástrico de animais, sob a forma de ácido clorídrico (HCl), sendo importante na manutenção do ph. Participa dos processos de equilíbrio hídrico celular. Sódio (Na) + Principal cátion do líquido extracelular. Importante no balanço de líquidos do corpo. Está ligado à condução de estímulos nervosos nos neurônios. PRINCIPAIS ÍONS Papel biológico: Ferro (Fe) ++ PRINCIPAIS ÍONS Papel biológico: Potássio (K) + Principal cátion do meio intracelular. Influencia a contração muscular. Também está relacionado à condução de estímulos nervosos e ao equilíbrio hídrico das células. É um dos constituintes das moléculas da hemoglobina presente nas hemácias, responsável pelo transporte de gases da respiração pelo sangue. PRINCIPAIS ÍONS Papel biológico: PRINCIPAIS ÍONS Papel biológico: Cálcio (Ca) ++ A maior parte do cálcio encontrado no organismo encontra-se sob a forma insolúvel (sais de cálcio) como componente do esqueleto. Está presente sob a forma iônica nos músculos, participando da contração muscular, nos líquidos intercelulares, linfa e no plasma sangüíneo, em que auxilia no processo de coagulação. Fluoreto(F) - Protege os dentes contra as cáries. Zinco(Zn) ++ Componente de diversas enzimas, como as envolvidas na digestão. Iodeto(I) - Componente dos hormônios da tireóide, que estimulam o metabolismo. 8

9 ÁGUA ÁGUA ( Hidróxido de hidrogênio" ou "monóxido de hidrogênio" ou ainda "protóxido de hidrogênio") é uma substância líquida, incolor, inodora e insípida, essencial a todas as formas de vida. Composta por hidrogênio e oxigênio. ÁGUA - ESTRUTURA E PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS Permeia todas as porções de todas as células; Importância em seres vivos: transporte de nutrientes e reações metabólicas; Todos os aspectos de estrutura celular e suas funções são adaptadas às propriedades físicoquímicas da água; Taxas de água varia de acordo com a espécie, idade e ação metabólica. Vias de Eliminação: Pele, pulmões, rins e intestino; ÁGUA Teores Normalmente, é a substância presente em maior quantidade em um ser vivo. PROPORÇÃO DE ÁGUA ESPÉCIE Água-viva - 98% de água Sementes - 10% de água Mamíferos - 70% de água Organismo 75% Água Perdas diárias: Respiração -0,4 litros Urina -1,2 litros Transpiração -0,6 litros Evacuação -0,1 a 0,3 litros TOTAL-2,5 litros Quanta água precisa repor por dia: Beber água -1,5 litros. Ingerir alimentos -1,0 litro 9

10 VARIAÇÕES NA PROPORÇÃO DE ÁGUA IDADE Feto 94% de água Recém-nascido 69% de água Adulto 60% de água METABOLISMO A quantidade de água é diretamente proporcional à atividade metabólica da célula. -Neurônio 80% de água -Célula óssea 50% de água Composto mais importante das células Meio onde ocorrem todas Reações celulares ESTRUTURA Átomo de Hidrogênio compartilha um par de elétrons com o oxigênio Geometria próxima do tetraedro (104,5 ); Pares de elétrons ñ compartilhados geram uma carga parcial (-). A molécula de água é dipolar devido a diferença de cargas entre o hidrogênio e o oxigênio. PONTES DE HIDROGÊNIO Pontes de hidrogênio são mais fracas que ligações covalentes Interação Intermolecular Uma única molécula de água pode unir-se a quatro outras moléculas através de pontes de hidrogênio. 10

11 PONTES DE HIDROGÊNIO COMUNS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS Pontes de hidrogênio. PROPRIEDADES DA ÁGUA SOLVENTE UNIVERSAL A água dissolve vários tipos de substâncias polares e iônicas (hidrofílicas), como vários sais e açúcar, e facilita sua interação química, que ajuda metabolismos complexos. 11

12 SOLUBILIDADE A interação com solutos ocorre porque a água é um líquido polar Aáguapodedissolver: Sais cristalinos: Interatua com íons que unem os átomos do sal Compostos orgânicos polares (açúcares, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos) formação de pontes de hidrogênio com os grupos hidroxila ou carbonila SOLUBILIDADE Substâncias anfipáticas (fosfolipídeos, proteínas, ácidos nucléicos) A água forma micelas, interatuando com a porção hidrofílica e repelindo a porção hidrofóbica Solvatação H 2 O altamente reativa Tensão Superficial Favorece interações hidrofóbicas; Interfere estrutura e propriedades de proteínas e ác. Nucléicos; Sistema biológico é importante a ligação de H + mediadapelah 2 O; H 2 O funciona como ponte para conectar 2 partes separadas; 12

13 PROPRIEDADES DA ÁGUA ALTO CALOR ESPECÍFICO Calor específico é definido como a quantidade de calor que um grama de uma substância precisa absorver para aumentar sua temperatura em 1 C sem que haja mudança de estado físico. Devido ao alto calor específico da água, seres vivos não sofrem variações bruscas de temperatura. PROPRIEDADES DA ÁGUA CALOR DE VAPORIZAÇÃO É a quantidade de calor necessária para que uma substâncias passe de estado líquido para o estado de vapor. Devido ao elevado calor de vaporização da água, uma superfície se resfria quando perde água na forma de vapor. PROPRIEDADES DA ÁGUA CAPILARIDADE Quando a extremidade de um tubo fino de paredes hidrófilas é mergulhada na água, as moléculas dessa substância literalmente sobem pelas paredes internas do tubo, graçasacoesãoeaadesãoentre as moléculas de água. FUNÇÕES DA ÁGUA Transporte de substâncias Facilita reações químicas Termorregulação Lubrificante Reações de hidrólise Equilíbrio osmótico Equilíbrio ácido base TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS A presença de água permite a difusão nos seres mais primitivos. Organismos mais evoluídos apresentam sistemas circulatórios(hemolinfa, sangue e seiva vegetal). Aurinaéumamaneiradeeliminartoxinas. As células apresentam-se em estado coloidal(rico em água) o que facilita transporte de substâncias. FACILITA REAÇÕES QUÍMICAS Reações químicas ocorrem mais facilmente com os reagentes em estado de solução. Em algumas reações químicas a união entre moléculas ocorre com formação de água como produto(síntese por desidratação). Reações de quebra de moléculas em que a água participa como reagente são denominadas reações de hidrólise. 13

14 Reações químicas Desidratação Moléculas de água realizando a interação substrato e enzima. Perda de molécula de água para união de duas moléculas. Hidrólise Dispersão dos lipídios na água Compostos anfipáticos em solução aquosa Micelas 14

15 TERMORREGULAÇÃO Seres vivos só podem existir em uma estreita faixa de temperatura. A água evita variações bruscas de temperatura dos organismos. A transpiração diminui a temperatura corporal de mamíferos. LUBRIFICANTE Nas articulações e entre os órgãos a água exerce um papel lubrificante para diminuir o atrito entre essas regiões. A lágrima diminui o atrito das pálpebras sobre o globo ocular. A saliva facilita a deglutição dos alimentos. 15