Fundamentos da bioquímica - biomoléculas

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Bioquímica – Amanda Duarte 1 
 
Fundamentos da bioquímica – Biomoléculas 
Características dos seres vivos 
1- Organização complexa: alto grau de 
organização. 
2- Composição química diferenciada: CHONPS 
H2O + moléculas orgânicas 
3- Homeostase: capacidade de manter 
organização e o isolamento em relação ao meio 
externo. 
4- Metabolismo: conjunto de todas as reações 
químicas. 
- Anabolismo x Catabolismo 
5- Reação: mecanismo para sentir e responder 
ao meio. 
- Sensibilidade, irritabilidade. 
6- Movimento 
7- Crescimento 
➢ Hipertrofia: volume das células 
➢ Hiperplasia: nº de células 
➢ Intussuscepção: de dentro para fora 
8- Reprodução 
9- Adaptação/Evolução gradual 
Fundamentos celulares 
Célula → são as unidades estruturais e 
funcionais de todos os organismos vivos. 
 
Membrana plasmática → bicamada lipídica 
flexível e resistente. 
▪ Proteínas de transporte e receptoras de 
sinais. 
▪ Seletivamente permeável a substâncias 
polares. 
Citoplasma → conteúdo celular aquoso e 
partículas e organelas em suspensão. 
▪ Citosol: solução aquosa com metabólitos, 
enzimas e moléculas de RNA. 
▪ Citoesqueleto: rede tridimensional 
interligada. 
- Confere estrutura e organização ao 
citoplasma. 
- Microtúbulos. 
- Filamentos intermediários 
- Microfilamentos → actina 
Núcleo ou nucleoide: abriga o material 
genético/genoma. → Onde o genoma é 
armazenado e replicado. 
▪ Carioteca: envoltório nuclear. → dupla 
membrana. (Eucarioto) 
▪ Bactérias → procariotos → Citosol, nucleoide 
e plasmídeos. 
Tamanho das células 
▪ As dimensões celulares são determinadas 
pela difusão. 
Limite inferior: determinado pelo número 
mínimo de cada tipo de biomolécula requerido 
pela célula. 
Lei de Spencer: quanto maior a célula, menor 
sua relação superfície/volume e pior sua 
nutrição. → as células se dividem para ficarem 
pequenas com grande relação 
superfície/volume e boa nutrição. 
Limite superior: é definido provavelmente pela 
taxa de difusão das moléculas de soluto nos 
sistemas aquosos. 
Domínios 
 
Domínios
Bacteria e 
Archaea
Aeróbicos
Anaeróbicos
Eukarya
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▪ Aeróbicos: energia pela transferência de 
elétrons das moléculas de combustível para o 
oxigênio. 
▪ Anaeróbicos: energia pela transferência de 
elétrons para o nitrato (N2), sulfato (H2S) ou 
CO2 (CH4). 
▪ Facultativo obrigatórios: morrem ao serem 
expostos ao O2. 
 
Fontes de energia 
▪ Fototróficos: usam a luz solar. 
▪ Quimiotróficos: energia química. 
▪ Litotróficos: oxidam combustíveis 
inorgânicos. 
▪ Organotróficos: oxidam muitos compostos 
orgânicos. 
▪ Autotróficos: carbono do CO2 
▪ Heterotróficos: carbono de compostos 
orgânicos. 
Citoplasma 
▪ Microfilamentos e microtúbulos auxiliam na 
movimentação das organelas e das células. 
▪ Trilhos: as organelas se movem no citoplasma 
ao longo de filamentos proteicos. 
➔ Movimento é impulsionado por proteínas 
motoras dependentes de energia. 
Sistema de endomembranas: separa 
processos metabólicos e provê superfícies 
onde ocorrem reações enzimáticas. 
▪ As proteínas do citoesqueleto se organizam 
em filamentos que dão forma e rigidez às 
células. 
▪ Exocitose e endocitose. 
▪ As interações entre o citoesqueleto e as 
organelas não são covalentes. → são 
reversíveis e sujeitas à regulação em 
resposta a sinais extra e intracelulares. 
▪ As células constroem estruturas 
supramoleculares. 
Fundamentos químicos 
▪ Elementos mais abundantes nos seres vivos: 
C, H, O, N. 
▪ Elementos-traços são menos abundantes, mas 
são essenciais. 
Biomoléculas: compostos de C com uma grande 
variedade de grupos funcionais. 
 
faz 4 
ligações 
simples
duplas
triplas
 Bioquímica – Amanda Duarte 3 
 
*ligações triplas são raras em biomoléculas. 
Ligação simples: rotação livre. 
 Ângulo= 109,5° e 0,154mm de comprimento. 
Ligação dupla: rotação rígida. 
 Carbonos ficam no mesmo plano. 0,134mm 
de comprimento. 
▪ A característica química de um composto é 
determinada pela química de seu grupo 
funcional e pela sua disposição no espaço 
tridimensional. 
Metabólitos centrais: moléculas orgânicas 
diferentes nas rotas metabólicas principais que 
ocorrem em quase todas as células. 
Metabólitos secundários: biomoléculas 
pequenas, específicas para certos tipos de 
células ou organismos. → essenciais nas plantas. 
Metaboloma: conjunto de pequenas moléculas em 
uma dada célula. 
Macromoléculas 
▪ Proteínas: polímeros de aminoácidos. 
▪ Proteoma: conjunto das proteínas em 
funcionamento de uma célula. 
▪ Ácidos nucleicos: polímeros de nucleotídeos. 
→ DNA e RNA. 
▪ Polissacarídeos: polímeros de açucares. 
▪ Lipídeos: derivados de hidrocarbonetos 
insolúveis em H2O. 
Configuração e conformação 
Ligações covalentes e os grupos funcionais → 
determinam o arranjo das moléculas no espaço 
tridimensional → estereoquímica → essenciais 
para o funcionamento. 
Estereoisômeros: isômeros espaciais. 
 
 
 
▪ As interações entre biomoléculas são 
estereoespecíficas. → requer configurações 
especificas nas interações moleculares. 
▪ Os estereoisômeros não podem ser 
interconvertido sem quebrar 
temporariamente uma ou mais ligações 
covalentes. 
Configuração 
▪ Conferida quando há: presença de ligação 
duplas e de centros quirais. 
▪ A configuração molecular pode ser alterada 
somente mediante a quebra de ligações 
covalentes. 
Isômeros geométricos: CIS/TRANS → A 
diferença entre os dois isômeros está na posição 
geométrica dos grupos ligados ao carbono da 
dupla. 
➔ Condições para CIS-TRANS: ligação dupla 
e dois ligantes diferentes entre si. (R1 ≠ 
R2) 
▪ CIS-TRANS: são distintos biologicamente 
apesar de sua química similar. Podem ser 
separados um do outro. 
 
CIS: menos estável, mais energia. 
TRANS: mais estável, porque a repulsão 
eletrostática entre os grupos opostos fica 
menor, a energia diminui. 
Isômeros ópticos: presença de carbono quiral. 
 
▪ Isômeros ópticos: 2n (n= nº de carbonos) 
▪ Estereoisômeros são idênticos/semelhantes 
quimicamente, mas diferentes fisicamente. 
carbono 
quiral
Centro 
quiral
Assimétrico
4 ligantes 
diferentes
Moléculas com as mesmas fórmulas 
químicas, mas diferentes 
configurações espaciais. 
 Bioquímica – Amanda Duarte 4 
 
 
▪ Enantiômeros: par de estereoisômeros que 
são imagem especulares um do outro. → se 
diferem por meio de suas interações com a 
luz polarizada. 
▪ Diastereoisômeros: par que não é a imagem 
especular um do outro. 
Mistura racêmica: possui a mesma 
concentração em mol dos dois enantiômeros 
(D/L) → atividade rotatória nula. → não há 
desvio da luz polarizada. 
Nomenclatura: 
- Mais de um carbono*: sistema R/S. 
- Com um carbono *: sistema D/L ou R/S. 
Conformação 
▪ Disposição dos átomos no espaço. → Conceito 
relacionado à presença de ligações simples. 
Ligações simples → liberdade de rotação: os 
grupos ligantes podem assumir diferentes 
posições no espaço. 
Escalonada: mais estável 
Eclipsada: menos estável 
Interações entre biomoléculas 
▪ São estereoespecíficas: a combinação de 
configuração e conformação é de máxima 
importância nas interações biológicas. 
▪ As moléculas quirais estão presentes em 
apenas uma das suas formas quirais 
(normalmente L) → somente um dos 
estereoisômeros é biologicamente ativo. 
- Quando produzidas artificialmente, as 
biomoléculas apresentamtodas as suas formas 
quirais. 
Estereoespecificidade: capacidade de 
distinguir entre estereoisômeros → 
complementaridade estereoespecífica. 
Fundamentos físicos 
▪ Células realizam trabalho para se manterem 
vivas e se reproduzirem. 
▪ Os organismos vivos existem em um estado 
estacionário dinâmico e nunca em equilíbrio 
com o seu meio. → constante fluxo de massa 
e energia através do sistema. 
▪ O estado estacionário dinâmico garante a 
constância de concentração de moléculas e 
íons. → sua manutenção requer energia. 
▪ Organismos transformam energia e matéria 
de seu meio. 
 
▪ Organismos vivos são sistemas abertos. 
1ª Lei da termodinâmica: Princípio da 
conversão de energia → em qualquer mudança 
física ou química, a quantidade total de energia 
no universo permanece constante, todavia a 
forma da energia pode mudar. 
▪ As células possuem processos conversores de 
energia com alta eficiência. 
▪ O fluxo de elétrons provê energia aos 
organismos. 
▪ Durante a transdução de energia metabólica, 
o grau de desordem do sistema mais o do meio 
cresce à medida que a energia potencial das 
moléculas nutrientes decresce. 
Entropia (S): aleatoriedade e desordem dos 
componentes de um sistema. 
▪ Na reação química: 
➢ Se resultar em aumento do número de 
moléculas – ou solido se converter em 
Universo: sistema 
+ meio
Sistema: todos os 
reagentes e 
produtos 
Fechado: troca 
energia, mas não 
matéria.
Isolado: não troca 
energia e nem 
matéria.
Aberto: troca 
matéria e energia 
com o meio.
 Bioquímica – Amanda Duarte 5 
 
líquido/gás – a desordem molecular 
aumenta e a entropia aumenta. 
➢ Organismos vivos são estruturas 
organizadas e ricas em informação, logo 
possuem baixa entropia. 
∆S= variação de entropia ∆S+ = aumenta a 
entropia/desordem. 
▪ Transdução de energia = conversões entre 
formas de energia. 
Reações de oxi-redução: 
➢ Oxidado: perda de elétrons. 
➢ Reduzido: ganho de elétrons. 
Entalpia (H): expressa o número e os tipos de 
ligações → perda ou ganho de energia. 
➢ Endotérmico: quebra de ligações → 
absorve calor/energia ∆H+ 
➢ Exotérmico: formação de ligações → 
libera calor/energia ∆H- 
2ª lei da termodinâmica: a natureza tende a se 
mover no sentido contrário/oposto → aumento 
da desordem. → a entropia total do universo 
está continuamente aumentando. 
Nesse sentido, para que exista ordem é 
necessário gasto de energia e realização de 
trabalho. → não espontâneo. 
Energia livre total (G) 
T → temperatura em kelvin 
Se a temperatura for constante: 
 
∆G = variação da energia livre → quantidade de 
energia disponível para realizar trabalho. 
∆H= variação da entalpia 
T = temperatura 
∆S = variação da entropia 
∆G < 0 → energia livre liberada → espontâneo 
∆G > 0 → absorve energia → forçado 
Endergônicas: consomem energia 
Exergônicas: liberam energia 
▪ Nas reações que ocorrem espontaneamente, 
os produtos possuem menos energia livre do 
que os reagentes → a energia é liberada e fica 
disponível para a realização de trabalho. → 
reações exergônicas. 
▪ Em seres vivos, uma parte da energia é 
dissipada como calor ou perdida como 
incremento de entropia. 
▪ Nas células → a [ATP] é que sua 
concentração de equilíbrio. 
▪ As macromoléculas são menos estáveis e mais 
ordenadas → ∆G positivo → forçado, 
contraria a tendência de desordem. 
Dessa forma, para que as reações de 
polimerização (endergônicas) ocorram, as 
células acoplam essas reações a outras que 
liberam energia (∆G<0), de forma que no fim a 
soma da variação da energia livre seja negativa 
(exergônica) → libere energia. 
▪ Fonte de energia usual → quebra de ligações 
fosfoanidrido do ATP e GTP. 
▪ As enzimas promovem sequências de reações 
químicas. → as macromoléculas são 
cinematicamente estáveis: sem catalisadores 
suas quebras são lentas. 
Enzimas: biocatalizadores → velocidade das 
reações. → diminui a energia de ativação para a 
reação. 
- Não são consumidas no processo. 
➢ Potencial de ativação: barreira 
energética que precisa ser superada para 
que a reação ocorra. 
➢ Estado de transição: Ponto mais alto do 
diagrama de reação. Possui energia livre 
maior que a dos reagentes ou produtos. 
➢ Energia de ativação: diferença entre o 
reagente no seu estado fundamental e em 
seu estado de transição (complexo 
ativado). → Energia necessária para 
transpor a barreira de potencial. 
- As enzimas catalisam as reações diminuindo as 
barreiras de potencial. → Elas se ligam 
fortemente aos intermediários dos estados de 
transição. 
A ligação da enzima ao estado de transição é 
exergônica → a energia liberada reduz a energia 
G = H - TS 
∆G = ∆H - T∆S 
 Bioquímica – Amanda Duarte 6 
 
de ativação para a reação e aumenta a sua 
velocidade. 
▪ Cada enzima catalisa uma reação específica e 
cada reação é catalisada por uma enzima 
diferente. 
Metabolismo: rede de rotas catalisadas por 
enzimas. Conjunto de todas as reações químicas. 
O ATP é o ele de ligação entre os componentes 
dessa rede. 
Catabolismo: quebra de moléculas complexas → 
liberação de energia. 
Anabolismo: síntese de moléculas complexas → 
absorção de energia. 
▪ O metabolismo é regulado para obter 
equilíbrio e economia. → produção na 
quantidade apropriada. → Cada sequência é 
regulada para suprir o que a célula precisa em 
um dado momento e para gastar energia 
apenas quando é necessário. 
Fundamentos genéticos 
▪ A continuidade genética está contida em uma 
única molécula de DNA. 
DNA: codifica a mensagem genética. → permite 
a sua replicação e seu reparo. 
▪ A complementaridade entre as duas fitas da 
molécula de DNA permite que os seres vivos 
preservem e dupliquem seu material genético. 
▪ A duplicação do DNA é semiconservativa. 
▪ A sequência linear no DNA codifica proteínas 
com estrutura tridimensional. 
Dogma central: DNA → RNAm → proteína 
Permeado por: replicação, transcrição e 
tradução. 
▪ A informação é codificada na sequência linear 
de aminoácidos. Essa sequência produz a 
estrutura tridimensional específica da 
proteína. Processo que também depende das 
condições do meio. 
▪ A conformação nativa é crucial para a função 
das proteínas. → estrutura tridimensional. 
▪ Macromoléculas com afinidade específica por 
outras macromoléculas têm a capacidade de 
se agruparem em complexos funcionais. 
Fundamentos evolutivos 
Todos os organismos derivaram de um ancestral 
evolutivo comum. 
Mutação genética → seleção natural → 
sobrevivência do mais apto sob pressão seletiva.