Bioquimica Aula 1

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Disciplina: Bioquímica Aula 1: Introdução à
Bioquímica
Apresentação
Nesta aula, apresentaremos os conceitos importantes para a disciplina de Bioquímica e relembraremos outros conceitos da
Química como átomos, moléculas, diferenças entre as moléculas orgânicas e inorgânicas.
Costumamos nos referir à Bioquímica como química da vida. Por isso, discutiremos quais são as capacidades que os organismos
vivos possuem que os diferenciam da matéria inanimada.
Em seguida, estudaremos mais profundamente a molécula da água, suas propriedades químicas, suas funções orgânicas e de
que forma ela inuencia as reações metabólicas que ocorrem no organismo humano. Costumamos dizer que o organismo humano
é um imenso meio aquoso, pois possui em média 70% de água.
Por m, estudaremos os conceitos de ácido e base, pH e os sistemas tampão, que são essenciais para a manutenção do pH dos
meios biológicos em condições ideais e, portanto, para a manutenção da vida.
Bons estudos!
Objetivos
Descrever os principais conceitos de Bioquímica;
Diferenciar os organismos vivos da matéria inanimada;
Explicar a importância da água para a manutenção da vida e as condições ideais de pH dos meios biológicos.
Fundamentos da Bioquímica
Bioquímica é uma das disciplinas-chave de todos os cursos da área de saúde e servirá de base para outras
etapas da construção do seu conhecimento. Isso porque ela é a ciência que estuda a química dos processos
biológicos. Nosso estudo envolve como moléculas inanimadas interagem para manter o ciclo da vida.
� Químico analisa conteúdo no interior de um tubo de ensaio | Fonte: Paulista / Shutterstock
Os processos biológicos ocorrem em todos os seres vivos desde os mais simples, como as bactérias
procariotas, bem como organismos mais complexos e organizados como é o caso do ser humano, o organismo
que será o foco do nosso estudo. Nosso primeiro passo será revisar alguns conceitos-chave da Química
orgânica e inorgânica.
O Átomo
O primeiro conceito que devemos ter em mente é o do átomo, já que ele é o elemento básico que compõe a matéria.
Vejamos:
Um átomo possui um núcleo central composto de prótons, que são partículas com
cargas positivas, e os nêutrons, que não possuem cargas. Esse núcleo central é
compacto e contém a maior parte da massa do átomo. No entorno, encontramos a
eletrosfera, onde estão dispostos os elétrons.
Os elétrons possuem carga negativa. Em um átomo eletricamente neutro, o número de prótons é igual ao
número de elétrons. Se um átomo ganha elétrons, ele ca com carga negativa, tornando-se um ânion. Já quando
perde elétrons, ele ca com carga positiva, tornando-se um cátion. Observe a gura a seguir.
Química inorgânica
Também conhecida como química mineral, é responsável
pelo estudo dos elementos químicos e pelas substâncias
que não possuem cadeias carbônicas. São estudadas
moléculas como a água, os sais minerais, os ácidos e as
bases inorgânicos, como o ácido clorídrico (HCl) e o
Química orgânica
É responsável pelo estudo das moléculas orgânicas, que são
caracterizadas pelos compostos contendo cadeias em que
átomos de carbono são ligados entre si, como na molécula
de glicose, um açúcar utilizado como fonte de energia.
hidróxido de sódio (NaOH).
� Formação de compostos iônicos | Fonte: OSweetNature / Shutterstock.
Atenção
É importante destacar que não é possível ganhar ou perder as partículas do núcleo,
apenas na eletrosfera. Moléculas
Os átomos dos elementos se combinam para formar
estruturas mais estáveis que chamamos de moléculas. Com
exceção dos gases nobres, os elementos da tabela periódica
são capazes de se ligar compartilhando elétrons, como é o
caso da ligação covalente, ou doando e recebendo elétrons,
no caso da ligação iônica.
� Molécula | Fonte: Line - design / Shutterstock.
Dos elementos químicos presentes na tabela periódica, 22 deles estão presentes no
organismo humano, sendo os principais:
1
Oxigênio
4
Nitrogênio
2
Carbono
3
Hidrogênio
5
Enxofre
Os quatro primeiros correspondem a 98% da massa do corpo humano.
Saiba mais
Biomoléculas são moléculas que participam da estrutura e do funcionamento da matéria viva. São compostos de carbonos, e os
principais são: proteínas, carboidratos, lipídeos.
Atividade
1. Observe as moléculas a seguir e identique se são orgânicas ou inorgânicas:
a) H – O – H
b) CH -CH OH
3 2
c) O = C = O
d) Na – Cl
A Bioquímica e a condição vital
Você sabe o que diferencia os organismos vivos da matéria inanimada?
Vamos ver o que caracteriza a condição vital.
Clique nos botões para ver as informações.
Estrutura complexa e alto índice de organização 
A célula é a unidade fundamental do ser vivo. As bactérias são exemplos de seres vivos simples, cuja estrutura celular não
possui membranas internas, o núcleo ca disperso no citoplasma.
O organismo humano é bem mais complexo, com células eucarióticas, ou seja, que possuem membrana nuclear e outras
organelas membranosas. Por ser pluricelular, essas células devem estar organizadas, manter uma comunicação entre si,
além de metabolismo regulado.
Adaptação ao meio e evolução 
Ao longo do tempo, as espécies sofreram lentamente um processo de evolução, de forma que vão se adaptando melhor ao
meio em que vivem.
Capacidade de autorreplicação e automontagem 
Os organismos vivos são capazes de se reproduzir, o que leva à perpetuação das espécies. Uma bactéria em meio aos
nutrientes é capaz de gerar duas outras exatamente iguais em um intervalo de 20 a 30 minutos. A replicação das espécies é
baseada na informação contida no material genético das mesmas.
Saiba mais
Já os vírus não podem ser considerados seres vivos, uma vez que dependem da maquinaria de uma célula hospedeira para se
reproduzirem, eles não são autorreplicativos.
Extração, transformação e utilização da energia 
Essa energia é encontrada no meio ambiente, sob forma de nutrientes químicos ou luz solar.
As células necessitam obter nutrientes químicos ou luz solar do meio ambiente para transformar em energia e
realizar trabalho, por exemplo, mecânico, como a contração muscular.
A contração muscular só acontece quando há a presença de cálcio e ATP, permitindo a interação entre as proteínas actina e
miosina. Compreenderemos que uma nutrição balanceada é essencial para o funcionamento adequado do nosso
organismo.
Atividade
2. Existem características especícas para que os organismos sejam considerados vivos. Entre outras
características, os seres vivos possuem células organizadas de forma que sejam capazes de realizar
autorreplicação e automontagem.
Assinale o grupo que não possui essa capacidade, e, portanto, não pode ser considerado um organismo vivo:
a) Protozoários
b) Bactérias
c) Vírus
d) Algas
e) Plantas
A água
O organismo humano é constituído em grande parte de água. O teor de água no organismo depende de uma
série de fatores, como idade. Crianças têm, em média, 80% de água; idosos podem ter um conteúdo bem
menor de água no organismo, chegando a 50% ou menos.
O nosso organismo pode ser considerado um imenso meio aquoso, e a água possui propriedades que afetam
a estrutura e a função de todos os outros constituintes celulares.
A água é responsável por 70% do peso total de uma célula. As moléculas de água interagem entre si por
forças não covalentes, chamadas ligações de hidrogênio, que fazem com que ela tenha ponto de fusão,
ebulição e calor de vaporização mais alto do que outros solventes comuns.
Essa característica se deve à geometria da molécula em função da distribuição dos elétrons em torno dos
átomos de hidrogênio e oxigênio, conforme ilustra a gura a seguir.
� Ligação de ponte de hidrogênio entre moléculas de H2O | Fonte: Magnetix / Shutterstock
Como podemos observar, o núcleo do átomo de oxigênio atrai mais os elétrons do que os átomos de hidrogênio, uma vez que o
- +
átomo de oxigênio é mais eletronegativo, cando com carga parcial negativa (δ ) e a carga parcial positiva (δ ) sobre o átomo de
hidrogênio, sendo, portanto, uma molécula polar.
Como existem doispares de elétrons não ligantes, a molécula assume uma forma angular. Dessa forma, existe uma atração
eletrostática entre o átomo de oxigênio de uma molécula e o hidrogênio de outra, formando as ligações de hidrogênio.
Essas ligações de hidrogênio podem ser formadas entre as moléculas de água (indicada pelas linhas paralelas em amarelo) ou
entre as moléculas de água e soluto polares, contendo átomos eletronegativos, como oxigênio e nitrogênio. Álcoois, aldeídos,
cetonas e compostos contendo ligações N – H formam ligações de hidrogênio com a água.
As biomoléculas polares terão tendência a se dissolver na água, formando interações água soluto conforme ilustra a gura a
seguir:
� Polaridade de moléculas da água | Fonte: Udaix / Shutterstock
Para fazermos macarrão, primeiro devemos colocar água para
ferver.
Em seguida colocamos sal, que é o cloreto de sódio (NaCl) e
óleo para que o macarrão não grude.
Moléculas apolares
Também são conhecidas como hidrofóbicas (medo de água) e são
incapazes de formar interação água–soluto, sendo insolúveis em água.
Tendem a se dissolver em solventes apolares. Uma das propriedades da
água é ser um solvente universal.
Vamos analisar?
Vamos ver um exemplo do nosso dia a dia?
O cloreto de sódio é polar, então
esperamos que ele se dissolva na água e
forme uma mistura homogênea com ela.
O óleo de cozinha é apolar; como a água é polar,
esperamos que ele não se dissolva na água e forme uma
mistura heterogênea.
Atividade
3. Observe a gura a seguir:
As substâncias mostradas são polares ou apolares? Por que a gasolina e a água não se
misturam?
Moléculas anpáticas
Algumas moléculas possuem tanto uma porção hidrofílica ou polar quanto hidrofóbica ou
apolar. Neste caso, a molécula é anpática.
Nesse tipo de molécula, a porção polar interage com a água e a porção apolar tende a evitar o
contato com a água formando estruturas que são chamadas de micelas. Os grupos apolares
se aproximam e formam interações hidrofóbicas, conforme ilustram as imagens a seguir.
Equilíbrio em soluções de tensão
Funções da água
Clique nos botões para ver as informações.
Transporte de substâncias 
A presença de água nos organismos mais primitivos permite que haja o processo de difusão.
Já os organismos mais evoluídos apresentam sistemas circulatórios mais elaborados como o
sangue, hemolinfa e seiva vegetal. Pode ser uma
Funções inorgânicas:
Denições segundo Arrhenius (1887):
Função de equilíbrio ácido-base  +3 +
forma de eliminar toxinas do organismo, como é o caso da urina nos seres humanos e animais. As células apresentam-se
em estado coloidal (rico em água), o que facilita o 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, chamada de síntese
por desidratação. As reações de quebra de moléculas em que a água participa como reagente são denominadas reações de
hidrólise.
Função de 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.
Função lubricante 
Nas articulações e entre os órgãos, a água exerce um papel lubricante 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.
Função de equilíbrio osmótico 
-9
Solução é um tipo de dispersão em que o disperso tem proporções nanométricas (10 m), ou seja, o disperso é constituído
por átomos, íons ou moléculas.
É uma mistura homogênea composta de dois ou mais componentes:
Solução = soluto + solvente
Solvente ou dispersante: É o componente da solução que se apresenta em maior quantidade, que dissolverá o
soluto. Soluto ou disperso: É o componente que se apresenta em menor quantidade. É a substância que será
dissolvida no solvente.
Ácido: Substâncias que em meio aquoso liberam íons H (aq) ou H O .
Ionização de ácidos em meio aquoso:
2 3 + -
HCl(g) + H O→ H O + Cl (aq)
2 4 2 3
+
4-
H SO + H O→ H O + SO (aq)
3 2 3
+
3-
HNO + H O→ H O + NO (aq)
-
Base: Substâncias que em meio aquoso liberam íons OH (aq).
Dissociação de bases em meio aquoso:
2 + -
NaOH(s) + H O→ Na (aq) + OH (aq)
2 22+ -
Ca(OH) + H O→ Ca (aq) + 2OH (aq)
3 23+ -
Al(OH) + H O→ Al (aq) + 3OH (aq)
Exemplo
Para conhecer um exemplo da água exercendo a função de equilíbrio osmótico, leia o texto “Exemplo da função da água como
equilíbrio osmótico” <galeria/aula1/docs/Exemplo.pdf> .
Força de ácidos e Bases
Antes de falarmos sobre a força de ácidos e bases, vamos conhecer alguns conceitos:
Grau de Ionização (α)
Capacidade que o ácido, ou a base, apresenta de formar íons em solução aquosa. Quanto maior esta capacidade, mais
forte é considerado o ácido ou a base.
Medida de pH — potencial hidrogeniônico
Indica a concentração de íons H ou H O em uma solução aquosa, indicando acidez ou alcalinidade. +3 +
É importante saber que:
+
H+Quanto mais íons H , mais ácida é a solução e menor é
o valor do pH.
pH
+
O pH de soluções aquosas pode ser medido por meio de eletrodos de vidro, sensíveis a concentrações de H , conforme
ilustra a gura a seguir:
� Medidor de pH | Fonte: Choksawatdikorn / Shutterstock
Observe a escala do pH:
O ácido clorídrico é considerado um ácido forte, que em meio aquoso se dissocia completamente.
HCl em água

H + Cl + -
A escala de pH é uma medida logarítmica, isso signica que se duas medidas diferem em uma unidade, uma solução
apresenta dez vezes mais íons H que a outra. +
pH= -log10 [H ]
+
Exemplo
Coca-cola pH 3,0
Sangue pH 7,4
Nesse caso, a Coca-cola possui 10 mil vezes mais concentração de H que o sangue. +
Tampões Biológicos
Sistema tampão é um sistema aquoso que resiste a alterações do seu pH quando
pequenas quantidades de ácido (H ) ou base (OH ) são adicionadas. + -
Consiste de um ácido fraco e sua base conjugada em concentrações aproximadamente iguais, conforme ilustra a gura a seguir:
� Curva de tamponamento do sistema tampão ácido acético — acetato | Fonte: Magnetix / Shutterstock
A região de tamponamento corresponde à região de pH de 3,76–5,76. No ponto central da região de tamponamento do par
tampão ácido acético — acetato, a concentração do doador de prótons (ácido acético) é exatamente igual a do aceptor de
prótons (acetato), e a força de tamponamento do sistema é máxima.
O pH nesse ponto na curva de titulação é igual ao seu pKa = 4,76. O tamponamento é a capacidade de uma solução
resistir a variações de pH.
Observe no gráco a seguir:
No experimento com o sistema tampão não há praticamente variação de pH quando pequenas quantidades de uma
solução ácida são adicionadas.
No experimento com água, há variação de pH, já que ela não possui poder tamponante.
� Adição de HCl
Os principais sistemas-tampão em nosso organismo são:
O tampão bicarbonato é o sistema mais eciente no organismo humano, mantém o pH sanguíneo estável — regula a homeostase
do organismo mantendo o pH sanguíneo na faixa normal de 7,4.
� Representação esquemática do sistema no tampão bicarbonato
Variações de pH sanguíneo podem levar a estados patológicos denominados acidose e alcalose, que podem decorrer de
duas maneiras distintas: respiratória e metabólica.
Veremos adiante que alterações de pH resultam em alterações na estrutura e função das proteínas no organismo, resultando em
graves consequências para o organismo.
2
Tampão bicarbonato
3
Proteína hemoglobina
Atenção
1
Tampão fosfato
Atividade
4. Observe as soluções a seguir e classique-as como ácidas, básicas ou neutras:
a) Café pH 5,0
b) Solução de bicarbonato de sódio pH 9,0
c) Suco de limão pH 2,0
d) Limpadores à base de amônia pH 12,0
e) Vinho tinto pH 3,5
f) Água pura pH 7,0
N
Re
o
f
t
e
a
r
sências
HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica ilustrada. 5.ed. Porto Alegre: Artmed, 2012.
HORI, J. Bioquímica.Rio de Janeiro: Universidade Estácio de Sá, 2015.
NELSON, D. L.; COX, M. L. Princípios de Bioquímica. 5.ed. São Paulo: Sarvier, 2011.
SACKHEIM, G. I.; LEHMAN, D. D. Química e Bioquímica para Ciências Biomédicas. 1.ed. Barueri: Manole,
2001. STRYER, L.; TYMOCZKO, J. L.; BERG, J. M. Bioquímica. 7.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014.
Próxima aula
Denição e estrutura dos aminoácidos;
Classicação dos aminoácidos;
Formação da ligação peptídica.
Explore mais
Leia:
Razões da atividade biológica: interações micro e biomacro moléculas
<//qnesc.sbq.org.br/online/cadernos/03/atividde.pdf> ;
Água: o signicado das fórmulas químicas <//qnesc.sbq.org.br/online/qnesc03/conceito.pdf> .