Módulo I

Prévia do material em texto

Bioquímica Aplicada 
à Enfermagem
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Me. Fabrício Ribeiro de Campos
Revisão Textual:
Prof.ª Esp. Adrielly Camila de Oliveira Rodrigues Vital
Introdução à Bioquímica 
Introdução à Bioquímica
 
 
• Conceituar Bioquímica;
• Conceituar a célula viva;
• Conceituar Química Orgânica;
• Conceituar compostos orgânicos;
• Classificar as substâncias orgânicas de acordo com as funções químicas.
OBJETIVOS DE APRENDIZADO 
• Definição;
• Por que Estudar Bioquímica?
• Célula Viva;
• Noções de Química Orgânica.
UNIDADE Introdução à Bioquímica 
Definição
Você conhece o significado da palavra Bioquímica? Se não conhece, vamos enten-
der um pouco o seu significado!
“Bios” significa “vida”.
Bioquímica: é a química da vida. A vida no seu sentido mais íntimo nada mais é que um 
fenômeno bioquímico. 
A Bioquímica estuda os componentes químicos dos seres vivos em âmbito celular e molecular, 
bem como as reações e processos que neles ocorrem. 
Figura 1 – Representação de uma molécula em 3D e 2D
Fonte: Wikimedia Commons
Por que Estudar Bioquímica?
A Bioquímica nos permite compreender os fatores responsáveis pela manutenção 
da vida, a qual se relaciona com a nutrição adequada e a medicina preventiva. Auxilia 
também no entendimento e tratamento eficiente das doenças e anormalidades em 
âmbito molecular, das reações químicas e seus processos.
Por meio da Bioquímica podemos compreender os diversos ciclos da vida, suas 
modificações ao longo do tempo e, principalmente, as alterações moleculares sofridas 
pelas células em seus processos durante o seu metabolismo.
Portanto, a Bioquímica pertence ao ramo da Biologia e, por isso, para compre-
endê-la necessitamos relembrar alguns conceitos sobre as células, suas estruturas 
funcionantes e características universais.
Retomando... você se lembra quais são as principais estruturas de uma célula viva? 
8
9
Célula Viva
A célula constitui a unidade formadora dos organismos vivos, estes ora possuem 
apenas uma unidade em sua composição estrutural, ora são compostos por milhões 
delas. Todas as células vivas apresentam algumas características estruturais comuns.
A seguir, na Figura 2, apresentam-se as principais estruturas e características das 
células vivas.
Figura 2 - As características universais das células vivas
Fonte: Adaptado de LEHNINGER (2014, p. 3)
Todas as células têm núcleo ou nucleoide, membrana plasmática e citoplasma. 
O citosol é definido como a porção do citoplasma que permanece no sobre-
nadante após rompimento suave da membrana plasmática e centrifugação do 
extrato resultante a 150.000 g por 1 hora. As células eucarióticas têm uma 
variedade de organelas contidas por membranas (mitocôndrias e cloroplastos) 
e partículas maiores (ribossomos, p. ex.), que são sedimentadas por esta centri-
fugação e podem ser recuperadas do precipitado.
Os organismos vivos estão divididos em três grandes grupos de vida e representam 
os três domínios que compõem os ramos da árvore evolucionária da vida, originada a 
partir de um ancestral em comum, conforme demonstrado na Figura abaixo:
Figura 3 – Árvore fi logenética da vida
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
9
UNIDADE Introdução à Bioquímica 
Além disso, os organismos vivos são diferenciados pela forma que obtém suas fontes 
de energia. Alguns obtêm por meio da luz solar (fototróficos), outros da combustão 
de compostos químicos oxidáveis e/ou pela fonte de carbono (quimioautotróficos ou 
quimio-heteroatrotóficos), para a promoção da síntese do material celular.
Apesar dessas diferenças naturais, os organismos vivos possuem algumas seme-
lhanças na sua constituição celular, e do ponto de vista bioquímico torna-se mais 
evidente, todos os organismos vivos possuem inúmeras características e processos 
químicos em comum.
Portanto, por meio do conhecimento da bioquímica e seus processos vitais, há 
a compreensão dos fenômenos envolvidos na síntese e nos metabolismos celulares.
Para compreendermos esses fenômenos moleculares, necessitamos recordar desde 
o início o conceito da composição química dos seres vivos. Vamos recordar as carac-
terísticas dos seres vivos?
Características dos Seres Vivos
Os seres vivos e não vivos são constituídos por átomos. Os seres vivos, prin-
cipalmente, possuem certos tipos de elementos químicos em maior quantidade e 
frequência que os seres não vivos. Esses elementos são: carbono (C), hidrogênio (H), 
oxigênio (O) e nitrogênio (N), e em proporções menores o fósforo (F) e o enxofre (S). 
Dezenas de átomos desses elementos se juntam por meio de ligações químicas 
originando as moléculas que constituem os organismos vivos, essas moléculas são cha-
madas de substâncias orgânicas. Dentre essas substâncias podemos citar as proteínas, 
glicídios, lipídios e ácidos nucleicos. A seguir, observe na Tabela 1 a porcentagem de 
alguns desses elementos químicos na composição dos seres vivos e não vivos.
Tabela 1 – Alguns elementos químicos em seres vivos e no mundo não-vivo
Elemento Químico Símbolo
Ocorrência de átomos do elemento (%)
Universo Terra Espécie Humana Alfafa Bactéria
Carbono C 0,02 0,2 10,6 6,7 6,6
Hidrogênio H 99 0,2 61,5 61,9 65,0
Nitrogênio N 0,04 Traços 2,4 0,4 1,4
Oxigênio O 0,06 47 23,0 30,6 26,7
Fósforo P Traços Traços 0,13 0,16 0,12
Enxofre S Traços Traços 0,13 0,02 0,06
Fonte: AMABIS; MARTHO (2004, p. 3)
10
11
Metabolismo Celular
Você já parou para pensar como o nosso organismo é capaz de transformar os nutrientes 
que adquirimos durante a alimentação em fontes de energia para executar nossas atividades 
diárias? E como ocorre esse processo em âmbito molecular?
As células vivas estão constantemente realizando a troca de átomos e moléculas, e 
com isso há a degradação de substâncias celulares e, consequentemente, substituição 
por novas substâncias recém-fabricadas. 
Por meio dos nutrientes orgânicos (moléculas orgânicas: C, H, O, N, P, S) as células
são capazes de obter energia e transformar as substâncias em novos compostos, 
utilizando o processo de montagem e degradação de substâncias. Os nutrientes orgâ-
nicos, portanto, além de fornecer energia para a célula são também responsáveis 
pela matéria-prima na fabricação de novas moléculas. 
Esse processo químico de transformação (montagem e degradação de subs-
tâncias) no interior da célula recebe o nome de metabolismo, que significa mudança 
ou transformação em novos compostos necessários à manutenção celular. 
O processo como ocorre o metabolismo celular é dividido em duas partes: ana-
bolismo e catabolismo. O anabolismo pode ser definido como a produção de novos 
compostos a partir de substâncias mais simples, (reações de síntese), como exemplo 
podemos citar a fabricação de novas proteínas a partir da junção de uma sequência de 
aminoácidos. Já o catabolismo está relacionado ao processo inverso do anabolismo,
no catabolismo há a degradação de substâncias mais complexas em outras mais 
simples (reação de degradação), como exemplo podemos citar a quebra da molécula 
de glicose (C6H12O6) em moléculas de gás carbono (CO2) e de água (H2O), em um 
processo que libera energia. 
Figura 4 – Estrutura do trifosfato de adenosina, um
intermediário central no metabolismo energético
Fonte: Wikimedia Commons
11
UNIDADE Introdução à Bioquímica 
glicose
C
H O
CH
CH
H
CH OH
OH
OH
HO
OHH2C
C
Figura 5 – Fórmula estrutural 
da glicose: cadeia aberta
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Agora que você já relembrou alguns conceitos sobre a célula e suas características 
principais, precisamos recordar também algumas noções de química orgânica para 
compreendermos as principais reações químicas que envolvem o organismo humano. 
Então, vamos lá?
Noções de Química Orgânica
Recordando os conceitos de química orgânica, você conseguiria defini-la? Vou ajudá-lo:
Ela compreende o estudo dos compostos orgânicos que possuem o carbono (C) 
como principal constituinte. Cabe ressaltar que as moléculas orgânicas incluem também 
o hidrogênio (H) emsua composição, e a ligação entre ambas é responsável pela deno- 
minação de compostos orgânicos. Todos os organismos vivos são constituídos por 
compostos orgânicos, as proteínas que constituem o cabelo, pele, músculos, o material 
genético (DNA), os alimentos que nos nutrem, todos são compostos orgânicos.
CH H
H
H Elétrons de hidrogênio
Elétrons de carbono
Figura 6 – Representação da ligação entre carbono e hidrogênio
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
12
13
Por que o carbono é tão especial? Por que, dos mais de 30 milhões de compostos químicos 
atualmente conhecidos, mais de 99% deles contêm carbono? 
As respostas a esses questionamentos estão relacionadas à estrutura eletrônica do 
carbono e a sua posição na tabela periódica (Figura 7). O carbono pertence ao grupo 
14 na tabela periódica, portanto, ele pode compartilhar quatro elétrons de valência 
e formar quatro ligações covalentes. Além disso, é capaz de ligar-se a outros átomos 
de carbono formando compostos complexos em cadeias e anéis. Ele sozinho é capaz 
de formar diversos compostos, desde substâncias simples até as mais complexas – do 
metano, apenas um átomo de carbono, até o DNA formado por mais de 100 bilhões 
de átomos de carbono.
Existem outros elementos que compõem essas ligações químicas entre os átomos 
de carbono e hidrogênio, são eles o nitrogênio (N), oxigênio (O) e, eventualmente, 
enxofre (S), fósforo (P) e os halogênios: cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I). Observe os 
compostos na tabela periódica a seguir (Figura 7):
Figura 7– Tabela periódica
Fonte: Wikimedia Commons
Portanto, os compostos orgânicos são oriundos dos seres vivos e os inorgânicos 
são derivados do reino mineral, e o carbono constitui-se como um dos principais 
elementos na composição da matéria viva.
Agora que você entendeu um pouco sobre o carbono, vamos aprofundar um pou-
co mais e estudar sobre suas principais características?
Características do Carbono
A estrutura química dos seres vivos é constituída em torno do elemento carbono, 
o qual representa mais da metade do peso seco de todas as células de um organismo. 
13
UNIDADE Introdução à Bioquímica 
O carbono possui a capacidade de ligar-se a outros elementos químicos por meio 
de ligações simples com átomos de hidrogênio, ligações duplas com átomos de oxi-
gênio e/ou nitrogênio, ou mesmo ligações triplas com outros átomos de carbono. 
Ele é considerado tetravalente, portanto, para se estabilizar necessita perder quatro 
elétrons da sua última camada. Essa capacidade de realizar ligações químicas simples 
com até quatro outros átomos de carbono representa relevante importância dentro 
da Biologia. 
CC C
C C
H
H H H
H
H
H
H
H
H
Figura 8 – Versatilidade das ligações do carbono (ligação simples, dupla e tripla)
Devido à versatilidade que o átomo de carbono apresenta em suas ligações quí-
micas, nenhum outro elemento químico na natureza possui tal capacidade de formar 
novas moléculas com tamanha multifuncionalidade (forma, tamanho e composição). 
C CH
H
H
H H
H
H
HO NH2
S
OON
H
O
OH
C
Figura 9 – A versatilidade do carbono em formar ligações 
com outros compostos (oxigênio, nitrogênio, enxofre)
Classificação das Cadeias Carbônicas (Ligações Químicas)
Os elementos químicos (átomos) são capazes de fazer ligações químicas entre si, 
para se unirem e formar compostos químicos mais complexos. Essas ligações quí- 
micas são dividas em dois tipos: ligações covalentes e ligações iônicas. 
Nas ligações covalentes, os átomos compartilham pares de elétrons e perma- 
necem unidos, esse tipo de ligação ocorre sem que haja perda ou ganho de elétrons; 
como exemplo temos o metano CH4, principal constituinte do gás natural. Nesse 
caso, os átomos de carbono se ligam a outros átomos (hidrogênio) compartilhando 
seus elétrons, não havendo transferência destes. Esse conjunto de átomos neutros 
unidos uns aos outros através de ligações covalentes dá-se o nome de molécula. 
As ligações iônicas ocorrem quando há transferência de um ou mais elétrons para 
outro átomo, tornando este com carga elétrica positiva e o que recebeu os elétrons 
com carga elétrica negativa. Quando um átomo ou um grupo de átomos trocam 
cargas elétricas entre si, e permanecem carregados eletricamente, são chamados de 
íons. As ligações iônicas, portanto, são aquelas em que há a atração entre átomos 
com cargas elétricas diferentes (positivo/negativo). Como exemplo, temos a ligação 
entre flúor e lítio, nesse caso, o átomo de lítio (Li) cede um elétron para o átomo de 
14
15
flúor (F) (Figura 10). Igual acontece com o composto cloreto de sódio (NaCl), conhe-
cido como sal de cozinha, nesse caso o átomo de sódio (Na) cede um elétron para o 
átomo de cloro (Cl) (Figura 11).
Figura 10 – Confi guração eletrônica do fl úor
Fonte: Wikimedia Commons
O lítio tem um elétron em sua camada de valência, mantido com dificuldade, 
porque sua energia de ionização é baixa. O flúor possui 7 elétrons em sua 
camada de valência. Quando um elétron se move do lítio para o flúor, cada 
íon adquire a configuração de gás nobre. A energia de ligação dos dois íons de 
cargas opostas tem valor negativo suficiente para que a ligação se torne estável.
Na Cl
Figura 11 – Átomo de sódio (Na) cedendo
um elétron para o átomo de cloro (Cl)
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Cada átomo pode estabelecer um número de ligações químicas específicas com 
outros átomos, isso corresponde a sua valência química, e é característico de cada 
elemento químico. Assim, por exemplo, o hidrogênio (H) pode fazer apenas uma 
ligação química, e é chamado de monovalente; um átomo de oxigênio (O) pode rea-
lizar duas ligações químicas, portanto, bivalente; o enxofre (S) também é bivalente; o 
nitrogênio é considerado trivalente, o carbono tetravalente e o fósforo pentavalente. 
Essas características são importantes para compreendermos o potencial de ligações 
entre os átomos e as reações químicas.
C
Figura 12 – 4 elétrons da última camada do carbono
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
15
UNIDADE Introdução à Bioquímica 
Figura 13 – Ligação tetravalente do átomo 
de carbono com o átomo de oxigênio
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
H O H
Figura 14 – Ligação bivalente entre o átomo de oxigênio e átomos de hidrogênio
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Os compostos orgânicos são formados, em sua maioria, por uma cadeia de átomos 
de carbono. Estas cadeias são chamadas de cadeias carbônicas. As cadeias carbônicas 
podem ser classificadas em relação ao:
• Fechamento da cadeia: aberta, fechada (aromáticas e não aromáticas) ou mista;
• Disposição dos átomos de carbono: normal ou ramificada;
• Tipos de ligação: saturada ou insaturada;
• Natureza dos átomos: homogênea ou heterogênea. 
Vamos conhecer um pouco mais sobre a classificação das cadeias carbônicas? 
Para ajudá-lo a entender melhor o assunto, acesses os links: 
• “Classificação das Cadeias Carbônicas”, disponível em: https://bit.ly/2NqneOY
• “Nomenclatura IUPAC”, disponível em: https://bit.ly/31ek1dl
Em relação ao fechamento da cadeia carbônica, ela pode ser:
• Aberta: os átomos de carbono são ligados entre si. Essas cadeias são chamadas 
de acíclicas ou alifáticas, possuem extremidades livres e não possuem um ciclo 
ou um anel aromático. Exemplos de cadeia carbônica aberta:
C
H
H
H3C CH3
CH3
CH
C
H
H
C
H
HH
H
Figura 15 – Exemplos de cadeia carbônica aberta
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
16
17
• Fechada: são chamadas de cíclicas, pois não possuem extremidades livres. Os 
átomos de carbono se ligam formando um círculo fechado (ciclo geométrico, um 
triângulo ou quadrado, ou um anel aromático) (Figura 16). As cadeias carbônicas 
fechadas ainda são subdividas em: 
» aromáticas;
» não aromáticas (Figuras 17 e 18);
H
C
C
C C
CC
HH
H
H2
H2C CH2
C
H
H (C6H6)
Figura 16 – Exemplos de cadeias carbônicas fechadas
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
• Mista: representada por diferentes formas de cadeias carbônicas (abertas e fe-
chadas). Exemplos:N
N
N
H
H
Figura 19 – Cadeia carbônica mista
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Em relação à divisão dos átomos de carbono:
• Normal: os átomos de carbono estão dispostos de forma linear (numa reta) e 
possuem apenas duas extremidades. Exemplo: 
Figura 17 – Cadeia carbônica
aromática (com anel benzênico)
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
Figura 18 – Cadeia carbônica não
aromática (sem anel benzênico)
Fonte: Adaptado de Wikimedia Commons
17
UNIDADE Introdução à Bioquímica 
H
C C
H
C
Figura 20 – Cadeia carbônica normal
• Ramificada: os átomos de carbono estão dispostos em mais de duas extremidades 
(presença de carbonos terciários e quaternários). Exemplos:
CH3
CH3
CH3
CH2 CHC
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3CCHCH
CH3CH2
CH2
CHH3C
H3C
Figura 21 – Cadeia carbônica ramificada
Em relação aos tipos de ligação, temos: 
• Saturada: os átomos de carbonos estão ligados por ligações simples, não ha-
vendo ligações duplas ou triplas entre eles. Exemplo:
CH3
CH3 OH
O
CCH2CH2H5C H5C
Figura 22 – Cadeia carbônica saturada
• Insaturada: os átomos de carbono mantêm ligações duplas e/ou triplas entre 
si. Exemplo: 
H
H H
H HC CC C
CH2 CH3
3 4
21
Figura 23 – Cadeia carbônica insaturada, com 
ligações duplas e triplas entre os carbonos
Em relação à natureza dos átomos: 
• Cadeia carbônica homogênea: quando na cadeia carbônica há apenas ligações 
entre átomos de carbono, ou seja, sem a presença de um heteroátomo. Exemplo:
18
19
CH2
OH OH
CH
aldeido glicérico
C
O
H
Figura 24 – Cadeia carbônica homogênea
• Cadeia carbônica heterogênea: quando na cadeia carbônica há a presença 
de um heteroátomo fazendo ligação entre os átomos de carbono (qualquer ele-
mento químico que esteja fazendo ligação química entre os átomos de carbono, 
podendo ser O, S, N, P, B, etc). Exemplo: 
CH3 CH3CH2
S C
(Etoxietano – presença de um heteroátomo (O) entre as ligações carbônicas)
(Dissulfeto de carbono – presença de dois átomos de enxofre ligados a um átomo de carbono)
CH2O
S
Figura 25 – Cadeia carbônica heterogênea
Então, revisando o que discutimos, observe as cadeias carbônicas no link a seguir e suas classifi-
cações. “Classificação das cadeias carbônicas”, disponível em: https://bit.ly/2LOxgZe 
Funções Orgânicas 
Para ajudá-lo a compreender um pouco mais sobre as funções orgânicas dos compostos 
orgânicos, acesse os links:
• “Grupos funcionais”, disponível em: https://bit.ly/3cTlLee
• “Identificação das Funções Orgânicas”, disponível em: https://bit.ly/31jd0Ii
São grupos de compostos orgânicos que possuem algumas propriedades químicas 
muito semelhantes entre si, devido à presença de igual grupo funcional em sua estrutura.
Os grupos funcionais sofrem reações químicas iguais e são capazes de determinar as 
propriedades químicas da molécula. Os principais grupos são:
• Hidrocarbonetos: possuem somente átomos de carbono e hidrogênio. Exemplo: 
H3C CH CH3
CH3
Figura 26 – Exemplo de Hidrocarboneto
19
UNIDADE Introdução à Bioquímica 
• Álcoois: possuem a hidroxila (OH) ligada a um carbono saturado. Exemplo:
CH3 – CH2 – CH = CH – OH (hidroxila)
• Fenóis: possuem a hidroxila (OH) ligada a um carbono insaturado de um anel 
benzênico (núcleo aromático). Exemplo: 
OH
Figura 27 – Orto-cresol representando um grupo fenol
• Aldeídos: possuem a carbonila (=O) ligada ao carbono da extremidade. Exemplo: 
O
C
R H
Figura 28 – Exemplo do grupo aldeído
• Cetonas: possuem a carbonila (= O) ligada entre dois carbonos. Exemplo:
O
C
R1 R2
Figura 29 – Exemplo do grupo cetona
• Ácidos carboxílicos: possuem a carbonila (= O) ligada a um grupo hidroxila 
(grupo carboxila):
O
C
R OH
Figura 30 – Exemplo do grupo ácidos carboxílicos
20
21
• Ésteres: são derivados dos ácidos carboxílicos, em que há a substituição do hidro-
gênio da carboxila por algum grupo orgânico (– COOH por – COOR’). Exemplo:
O
C
R OR’
O
C CH3
H O
Figura 31 – Exemplo do grupo ésteres
• Éteres: possuem um átomo de oxigênio entre dois carbonos. Exemplo: 
O
R R’
Figura 32 –Exemplo do grupo éteres
• Aminas: derivadas da substituição de um hidrogênio do grupo amônia por ca-
deias carbônicas. Exemplo: 
O
C R’’
R N
R’
Figura 33 – Exemplo do grupo amina
A partir desses conhecimentos podemos então aprofundar nossos estudos na 
bioquímica das principais moléculas envolvidas nos processos fisiológicos do corpo 
humano. Na próxima unidade iremos estudar sobre a importância da água e dos 
carboidratos nos processos celulares. 
21
UNIDADE Introdução à Bioquímica 
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Livros
Biologia das Células: Origem da Vida, Citologia e Histologia, Reprodução e Desenvolvimento
AMABIS, J. M.; MARTHO, G. R. Biologia das células: origem da vida, citologia e 
histologia, reprodução e desenvolvimento. 2. ed. Moderna: São Paulo, 2004.
Química Orgânica
MCMURRY, J. Química orgânica. Tradução All Tasks. Revisão técnica Robson 
Mendes Matos. 7. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011.
 Leitura
Manual da Química
https://bit.ly/3cTlLee
Cadeias Carbônicas
https://bit.ly/2NqneOY
22
23
Referências
AREAS DAU, A. P. Bioquímica humana. São Paulo: Pearson, 2015. (e-book)
NELSON, D. L; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. São 
Paulo: Artmed, 2014.
23