1 Fundamentos da Bioquímica

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INTEGRADO UNIVERSO CELULAR
OBJETIVOS GERAIS
Compreender as bases estruturais e funcionais das biomoléculas (proteínas, lipídeos, 
carboidratos e ácidos nucleicos);
 Ser capaz de correlacionar a estrutura das biomoléculas com seu envolvimento em 
processos orgânicos complexos, tais como os processos metabólicos;
 Compreender a fisiopatologia molecular de doenças metabólicas, bem como seus 
fatores predisponentes e sua evolução clínica;
 Ser capaz de visualizar e tratar a clínica destas doenças do ponto de vista molecular e 
orgânico. 
Introdução
Fundamentos celulares 
 Fundamentos químicos
 Fundamentos genéticos
 Fundamentos evolutivos 
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO 
O estudo da bioquímica:
Mostra como o conjunto de biomoléculas que constituem os organismos vivos interage
para manter e perpetuar a vida.
• Todos os processos que ocorrem nos organismos vivos também seguem todas as 
leis físicas e químicas
Mas quais são as propriedades extraordinárias que são peculiares dos organismos vivos?
1. Alto grau de complexidade química e organização microscópica
Figura 1- Milhares de moléculas diferentes formam
as intricadas estruturas celulares internas
INTRODUÇÃO
2. Sistemas para extrair, transformar e utilizar a energia do ambiente;
3.Capacidade para se autorreplicar e automontar com precisão – bactérias: 1billhão de 
células filhas idênticas em 24 hs
Figura 2: Um falcão da pradaria capta nutrientes 
consumindo uma ave menor.
Figura 3: A reprodução biológica ocorre com uma fidelidade quase 
perfeita.
INTRODUÇÃO
4. Capacidade de se alterar ao longo do tempo por evolução gradual
-Diversidade de formas de vida, muito diferentes superficialmente, mas fundamentalmente 
relacionadas por sua ancestralidade comum. 
- Semelhança das sequências gênicas e nas estruturas das proteínas
Figura 4: Diferentes organismos vivos compartilham caracteristicas
quimicas comuns.
FUNDAMENTOS CELULARES 
As células são as unidades estruturais e funcionais de todos os organismos vivos
Células de todos os tipos compartilham algumas características estruturais comuns
Figura 5: As caracteristicas universais das celulas vivas. Todas as células têm núcleo ou nucleoide,
membrana plasmática e citoplasma.
Os microrganismos sem membrana nuclear, antes classificados como procariontes (do grego
pro, “antes”), são agora reconhecidos como pertencentes a dois grupos muito distintos: 
Bacteria e Archaea
Figura 6: Filogenia dos três grupos da vida. A base para esta árvore é a semelhança na sequência nucleotídica dos RNA dos ribossomos de cada 
grupo; a distância entre os ramos representa o grau de diferença entre duas sequências; quanto mais similar for a sequência, mais próxima é a 
localização dos ramos.
FUNDAMENTOS CELULARES 
FUNDAMENTOS CELULARES 
Figura7: Caracteristicas estruturais comuns das celulas de bacterias e arqueias. Células bacterianas e arqueanas compartilham propriedades 
comuns, mas diferem em aspectos importantes. A) E. coli gran negativa. Lipopolissacarídeo (LPS)
FUNDAMENTOS CELULARES 
FUNDAMENTOS CELULARES 
Os compostos organicos a partir dos quais e formada a maior parte dos materiais celulares
FIGURA 9: ABC da bioquimica. Estão
mostrados aqui (a) seis dos 20
aminoácidos que formam todas as
proteínas (as cadeias laterais estão
sombreadas em vermelho); (b) as
cinco bases nitrogenadas, os dois
açúcares de cinco carbonos e os íons
fosfato que formam os ácidos
nucleicos; (c) os cinco componentes
dos lipídeos de membrana; e (d) D-
glicose, o açúcar simples que forma
a maioria dos carboidratos
Hierarquia estrutural na organização celular.
FUNDAMENTOS CELULARES 
FIGURA 10: As organelas e outras estruturas relativamente grandes das células são feitas de complexos supramoleculares, que por sua vez são
feitos de moléculas menores e de subunidades moleculares menores. Por exemplo, o núcleo desta célula de planta contém cromatina, complexo 
supramolecular que consiste em DNA e proteínas (histonas). O DNA é feito de subunidades monoméricas simples (nucleotídeos), assim como as 
proteínas (aminoácidos).
FUNDAMENTOS QUÍMICOS
A bioquímica tenta explicar as formas e as funções biológicas em termos químicos
 Hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono, juntos constituem mais de 99% da massa 
das células.
 Os elementos traços representam uma porção minúscula do peso do corpo humano
 A capacidade de transporte de oxigênio da hemoglobina é dependente de quatro íons 
ferro, que somados representam somente 0,3% da massa total.
FIGURA 11: Elementos essenciais para a vida e a saude dos animais. Os elementos principais (vermelho) são componentes estruturais
das células e dos tecidos e são necessários na dieta em uma quantidade de vários gramas por dia. Para os elementos-traço (amarelo), as
quantidades requeridas são muito menores
Biomoléculas são compostos de carbono com uma grande variedade de grupos funcionais
FUNDAMENTOS QUÍMICOS
FIGURA 12. A versatilidade do carbono em formar ligacoes. O carbono pode formar ligações covalentes simples, duplas e 
triplas (indicadas em vermelho), particularmente com outros átomos de carbono. Ligações triplas são raras em 
biomoléculas
Átomos de C covalentemente ligados em biomoléculas podem formar cadeias lineares, 
ramificadas e estruturas cíclicas:
As macromoléculas são os principais constituintes das células
FUNDAMENTOS QUÍMICOS
A síntese de macromoléculas é a 
atividade que mais consome energia 
nas células;
PROTEÍNAS: mais abundante
-Atividade catalítica
-Elementos estruturais
- Receptores de sinais
-- Transportadoras que carregam 
substâncias específicas para dentro das 
células
PROTEOMA: conjunto de proteínas 
que estão sendo expressas por uma 
célula,tecido ou organismo em um 
determinado momento. 
PROTEÔMICA: estudo do proteoma
utilizando técnicas de separação e 
identificação.
TABELA 1: Componentes moleculares de uma célula de E. coli
As macromoléculas são os principais constituintes das células
FUNDAMENTOS QUÍMICOS
TABELA 1: Componentes moleculares de uma célula de E. coli
Os ácidos nucleicos: 
-polímeros de nucleotídeos.
- Armazenam e transmitem
a informação genética, e algumas 
moléculas de RNA apresentam
também função estrutural e catalítica 
em complexos supramoleculares. 
GENOMA: é a sequência completa
do DNA da célula (ou no caso do RNA 
viral, o seu RNA), e
GENÔMICA é a caracterização da 
estrutura comparativa, função,
evolução e mapeamento dos genomas
As macromoléculas são os principais constituintes das células
FUNDAMENTOS QUÍMICOS
TABELA 1: Componentes moleculares de uma célula de E. coli
Polissacarídeos,
Três funções principais: 
- depósitos de combustível de
alto conteúdo energético;
- componentes estruturais rígidos
da parede celular (em plantas e 
bactérias) 
-elementos no reconhecimento 
extracelular que se ligam a proteínas de 
outras células. 
As macromoléculas são os principais constituintes das células
FUNDAMENTOS QUÍMICOS
TABELA 1: Componentes moleculares de uma célula de E. coli
Lipídeos:
-insolúveis em água;
- servem como componentes estruturais
das membranas
depósitos de combustível de alto 
conteúdo energético, 
 Lipidoma: o conjunto de
todas as moléculas contendo lipídeos em 
uma célula 
Com a aplicação de métodos sensíveis
e elevado poder de resolução (p. ex., 
espectrometria de massas), é possível 
distinguir e quantificar centenas e 
milhares desses componentes, além de 
verificar suas variações em resposta às 
alterações das condições, sinais ou
drogas.
FUNDAMENTOS GENÉTICOS
A continuidade genética está contida em uma única molécula de DNA
O DNA é um polímero orgânico, fino e longo;
Sequência linear de subunidades de nucleotídeos ligados covalentemente codifica 
a mensagem genética.
Deve ser replicada com perfeição nos mínimos detalhes para que uma célula de E. 
coli possa gerar descendentes idênticos por divisão celular;
O esperma humano traz para o óvulo que ele fertiliza somente uma molécula de 
DNA de cada um dos 23 cromossomos, para se combinar comsomente uma 
molécula de cada cromossomo correspondente no óvulo. O resultado dessa união é 
altamente previsível: um embrião com todos os seus ,25.000 genes, feitos de 3
bilhões de pares de nucleotídeos, intactos.
Figura 12:A capacidade dos seres vivos de preservar seu material genético
e duplicá-lo para a próxima geração resulta da complementaridade
entre as duas fitas da molécula de DNA
A estrutura do DNA permite sua replicação e seu reparo com fidelidade quase perfeita
FUNDAMENTOS GENÉTICOS
FIGURA 1 3: Complementaridade entre as duas fitas de DNA. Na replicação 
do DNA, as duas fitas (em azul) se separam e duas fitas novas (em cor-de-
rosa) são sintetizadas, cada qual com uma sequência complementar às fitas 
originais. O resultado são duas moléculas tipo dupla-hélice e cada uma 
idêntica ao DNA original.
Antes de a célula se dividir, as duas fitas de DNA
se separam uma da outra e cada uma serve de molde 
para a síntese de uma nova fita complementar, 
gerando duas moléculas em forma de dupla-hélice 
idênticas, uma para cada célula-filha.
A sequência linear no DNA codifica proteínas com estrutura tridimensional
FUNDAMENTOS GENÉTICOS
 A informação no DNA é codificada na 
sequência linear, mas a expressão dessa 
informação resulta em uma célula 
tridimensional.
 2 fases
A proteína é enovelada em uma forma 
tridimensional particular determinada
pela sua sequência de aminoácidos- assistido 
por chaperonas
 A conformação nativa de uma proteína é 
crucial para sua função- pode associar-se com 
outras macromoléculas para formar complexos 
supramoleculares, como cromossomos,
ribossomos e membranas
FIGURA 14: Do DNA ao RNA, do RNA a proteina e da proteina a enzima (hexocinase). Uma vez em 
sua forma nativa, a hexocinase adquire sua atividade catalítica: ela catalisa a fosforilação da glicose, 
usando ATP como doador do grupo fosforila.
FUNDAMENTOS EVOLUTIVOS
A notável semelhança das rotas 
metabólicas e das sequências de 
genes entre os três
grupos da vida sugere fortemente 
que todos os organismos modernos 
derivaram de um ancestral 
evolutivo comum;
 Pequenas mudanças (mutações), 
cada uma conferindo uma 
vantagem seletiva a algum 
organismo em algum nicho 
ecológico.
As mutações presentes nas células 
reprodutiva podem ser danosas ou 
letais.
- por exemplo, ser a causa
da síntese de uma enzima 
defeituosa incapaz de catalisar
uma reação metabólica essencial. 
Ocasionalmente, contudo,
uma mutação equipa melhor um 
organismo ou uma célula
para sobreviver em um dado 
ambiente
- usar um composto que 
previamente a célula estava 
incapacitada de metabolizar. Ex: 
galactose-vantagem competitiva
FUNDAMENTOS EVOLUTIVOS
Obrigado!
denisecsilva@hotmail.com