Introdução à Bioquímica: Estruturas, Metabolismo e Processos Bioquímicos

Disciplina Bioquímica Introdução a bioquímica Prof Dr Helder Freitas dos Santos Universidade Federal da Grande Dourados Faculdade de Ciências Biológicas e Ambientais FCBA Dourados MS Bioquímica Tem por objetivo estudar Estruturas organização e transformações moleculares que ocorrem nas células Metabolismo Anabolismo Catabolismo Reações químicas Liberação Energia Síntese Moléculas Degradação Moléculas Consumo Energia Metabolismo O metabolismo consiste na acumulação e na degradação de nutrientes dentro de uma célula Essas reações químicas fornecem energia e geram substâncias que sustentam a vida Dois componentes essenciais do metabolismo são as enzimas e a molécula trifosfato de adenosina ATP Metabolismo No entanto sem energia determinadas reações nunca poderão ocorrer mesmo na presença de enzimas O trifosfato de adenosina ATP é uma molécula utilizada pela célula para gerenciar as necessidades energéticas Metabolismo As vias podem ser classificadas em dois tipos gerais catabólicas e anabólicas Processos bioquímicos Moléculas comuns ao seres vivos Carbono hidrogênio oxigênio nitrogênio fósforo enxofre e moléculas complexas Quatro processos relacionados aos seres vivos I Síntese de biomoléculas II Transporte de substâncias através de membranas III Produção de energia IV Eliminação de metabólitos e substâncias tóxicas Descobertas bioquímicas DNA Gene Estrutura das proteínas Vias metabólicas Por que estudar bioquímica Quais são as estruturas químicas dos componentes dos organismos vivos Como um organismo armazena e transmite informações necessárias para seu crescimento e reprodução Como as reações químicas são controladas dentro das células Quais transformações químicas acompanham a reprodução o envelhecimento e a morte celular dos organismos Como os organismos extraem energia do seu ambiente para permanecerem vivos Como suas interações levam a existência de estruturas supramoleculares organizadas células tecidos e organismos multicelulares Como estudar bioquímica Entender A química estrutural dos componentes da matéria viva e sua relação com a função biológica Reações bioquímicas e rotas metabólicas que ocorrem nos organismos para a manutenção da vida metabolismo Processos e substâncias que armazenam e transmitem informação biológica biologia molecular Estrutura e organização celular dos seres vivos Química da vida Seres vivos Estruturas organizadas Níveis hierárquicos Química da vida Seres vivos Estruturas organizadas Níveis hierárquicos Química da vida Seres vivos Estruturas organizadas Hierarquia estrutural na organização molecular das células Princípios que regem a lógica molecular da vida Todos os organismos vivos constroem suas moléculas a partir do mesmo tipo de subunidades monoméricas A estrutura de uma macromolécula determina sua função biológica específica Cada gênero e espécie é definido pelo seu conjunto característico de macromoléculas Composição química de uma célula Todos os nutrientes são originados dos elementos químicos Contudo somente alguns poucos elementos dominam os sistemas vivos e são essenciais hidrogênio H oxigênio O carbono C nitrogênio N fósforo P enxofre S e selênio Se Adicionalmente a estes pelo menos 50 outros elementos químicos embora não sejam requisitados são metabolizados de alguma forma pelos microrganismos C H e outros macronutrientes Todas as células requerem carbono e a maioria dos procariotos e eucariotos necessita de compostos orgânicos que contêm carbono como sua fonte de carbono Cerca de 50 do peso seco de uma célula bacteriana é composto por carbono Obtido de aminoácidos ácidos graxos ácidos orgânicos açúcares bases nitrogenadas compostos aromáticos e outros inúmeros compostos orgânicos Alguns microrganismos são autótrofos sendo capazes de sintetizar as suas próprias estruturas celulares a partir do dióxido de carbono CO2 C H e outros macronutrientes Nitrogênio é encontrado na natureza na forma de amônia NH3 nitrato NO3 ou em gás nitrogênio N2 Praticamente todos os procariotos são capazes de utilizar o NH3 como sua fonte de nitrogênio Fósforo é requerido pela célula para a síntese de ácidos nucleicos e fosfolipídeos e geralmente é fornecido à célula na forma de fosfato Enxofre está presente nos aminoácidos cisteína e metionina e também em uma série de vitaminas Potássio K é necessário para a atividade de diversas enzimas enquanto o magnésio Mg é necessário para a estabilização dos ribossomos membranas e ácidos nucleicos sendo também necessário à atividade de muitas enzimas Cálcio Ca e o sódio Na são nutrientes essenciais para apenas alguns organismos o sódio em particular para os microrganismos marinhos Fatores químicos Esqueleto estrutural da matéria viva é necessário para todos os compostos orgânicos que uma célula viva Os organismos utilizam o nitrogênio essencialmente para formar o grupo amino dos aminoácidos das proteínas Utilizado para sintetizar os aminoácidos contendo enxofre e vitaminas como a tiamina e a biotina É essencial para a síntese dos ácidos nucleicos e dos fosfolipídeos das membranas celulares Célula procariótica Cápsula Parede Celular Membrana plasmática Fímbrias Plasmídeo Nucleoide Citoplasma Ribossomo PilusPili Membrana plasmática Parede Celular Cápsula Flagelo Nem todas as bactérias possuem todas as estruturas mostradas apenas as estruturas marcadas em vermelho são encontradas em todas as bactérias A vida depende de reações químicas que ocorrem intracelularmente Reações bioquímicas do metabolismo Constituição da matéria viva Célula Moléculas orgânicas Moléculas inorgânicas Elementos químicos Carboidratos Lipídeos Proteínas Ácidos nucleicos Vitaminas Água Sais minerais Componentes químicos Células Água Substância mais abundante na matéria viva Água Importância biológica relacionada com as propriedades químicas e físicas da molécula Água Molécula polar apresenta zonas positivas e negativas devido a uma distribuição desigual da densidade de elétrons átomo de oxigênio mais eletronegativo maior afinidade por elétrons elétrons ficam mais próximos do átomo de oxigênio molécula apresenta carga parcial positiva junto aos átomos de hidrogênio possui dois pares de elétrons não compartilhados na última camada molécula apresenta carga parcial negativa no ápice do V junto ao átomo de oxigênio A atração dos elétrons partilhados pelo oxigênio cria cargas parciais negativas e positivas locais Água Pontes de Hidrogênio Devido à disposição dos átomos e à polaridade cada molécula de água tende a atrair outras quatro atração eletrostática Entre as cargas parciais positivas dos átomos de hidrogênio de uma molécula e a carga parcial negativa do átomo de oxigênio de outra molécula Resulta na formação de ligações denominadas pontes de hidrogênio estáveis em condições normais de temperatura e pressão mantêm a água fluida Solutos hidrofóbicos Biomoléculas apolares A falta de polaridade impede que ligações de hidrogênio se formem entre o soluto e a água As moléculas de água vizinhas imediatas do soluto apolar têm suas orientações restringidas Exemplos Camada de cera das folhas e a água Solutos anfipáticos Região hidrofílica Região hidrofóbica Solutos anfipáticos Aglomeração das regiões hidrofóbicas Micela Interações hidrofóbicas Propriedades coligativas da água Pressão de vapor Pontos de fusão e ebulição Pressão osmótica Solutos reduzem a concentração de água Condições fisiológicas Pressão osmótica é importante para a integridade celular membrana semipermeável Diminuição da concentração de água água soluto Pressão osmótica Osmose Movimento de água através de uma membrana semipermeável ocasionado por diferenças de pressão osmótica Osmolaridade celular Soluções Isotônicas Osmolaridade igual a do citosol Não há ganho ou perda de água Soluções hipertônicas Maior osmolaridade que a do citosol Célula perde água Plasmólise Soluções hipotônicas Menor osmolaridade que a do citosol Célula ganha água Turgescência Outras funções da água REAÇÕES QUÍMICAS Condensação Ligação peptídica Ligação fosfodiéster Hidrólise Oxidação de ácidos graxos Enzimas digestivas Óxidoredução PROPRIEDADES FISICOQUÍMICAS Calor de vaporização Isolante térmico Coesão interna Sais Minerais Fundamentais para o bom funcionamento do organismo Classificação micronutrientes minerais ou oligoelementos necessários em pequenas quantidades diárias inferiores a 20 mg Ex ferro selênio zinco cobre iodo flúor cromo cobalto manganês molibdênio vanádio e lítio macronutrientes minerais necessários em quantidades diárias relativamente altas ultrapassam os 100 mg Ex cálcio fósforo potássio sódio cloro enxofre e magnésio CARACTERÍSTICAS Substâncias inorgânicas formadas por íons São componentes reguladores do metabolismo celular Obtenção Água mineral e alimentos frutos verduras cereais leite etc Elementos Funções no organismo Fontes Cálcio Ca2 Composição dos ossos e dos dentes Coagulação sanguínea Funcionamento de nervos e músculos Vegetais Leites e derivados Cloro Cl Composição do ácido clorídrico Auxilia a digestão Sal de cozinha Cobalto CO² Componente da vitamina B12 cobalamina Produção de hemácias Carnes e laticínios Cobre Formação da hemoglobina Ovos legumes e peixes Enxofre Controle da atividade metabólica Ovos carnes e legumes Fome oculta carência de nutrientes minerais e de vitaminas no organismo decorre de dietas com pouca variedade pobres em alimentos de origem vegetal e exageradas em carboidratos doces pães biscoitos massas e lipídios óleos e gorduras ocorre tanto em pessoas normais quanto em pessoas obesas está presente em todas as classes sociais provoca desânimo dificuldade de raciocínio fadiga muscular e queda de cabelo pode contribuir para o desenvolvimento de doenças como câncer osteoporose diabetes e problemas cardiovasculares Elementos Funções no organismo Fontes Ferro Fe² Componente da hemoglobina Respiração celular Carne legumes e ovos Flúor Componente dos ossos e dos dentes Frutos do mar Fósforo PO3 Componente dos ossos e dos dentes Ovos legumes e cereais Iodo Componente dos hormônios da tireóide Estimulam o metabolismo Sal de cozinha e frutos do mar Magnésio Mg2 Componente da clorofila Fotossíntese Vegetais em geral Potássio K Condução dos impulsos nervosos Equilíbrio osmótico Frutas carnes e laticínios Sódio Na Condução dos impulsos nervosos Equilíbrio osmótico Sal de cozinha e frutos do mar Zinco Componente de várias enzimas Metabolismo Carnes ovos frutos do mar Sais Minerais Podem ser encontrados nas formas insolúvel fazem parte de estruturas esqueléticas do corpo dos seres vivos e de ovos de animais adaptados ao ambiente terrestre casca Ex fosfato de cálcio abundante nos ossos e nos dentes solúvel em água dissociados em seus íons constituintes É sob a forma de íons que exercem importante papel no metabolismo celular Célula animal Célula vegetal