Livro bioquímica- capitulo 1

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28 de fevereiro de 2023 Tamires Moraes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BIOQUÍMICA NO MUNDO MODERNO 
BIOQUÍMICA 
O que é bioquímica? 
A bioquímica é simplesmente uma 
combinação dos dois termos, a química 
aplicada à biologia, ou ‘a química da vida’. 
Essa é uma forma razoável de definir 
bioquímica em poucas palavras, mas a 
bioquímica moderna, na realidade, é muito 
mais que o estudo das substâncias químicas 
existentes nos organismos vivos. Vamos 
explorar exatamente o que ‘bioquímica’ 
significa para nós. 
A bioquímica é uma parte da biologia, ou 
das ciências da vida como agora é 
comumente denominada. Nas ciências da 
vida, a bioquímica ocupa uma posição 
central. Isso ocorre porque a bioquímica diz 
respeito à síntese e à estrutura das moléculas 
que constituem os seres vivos, bem como à 
maneira pela qual as reações químicas 
fornecem aos organismos a energia que eles 
precisam para sobreviver. Portanto, a 
bioquímica explica como a mistura de átomos 
pode ser combinada para formar um ser 
humano vivo funcional. 
Em algumas áreas das ciências da vida, é 
muito fácil ver por que é importante conhecer 
bioquímica. Biólogos que estudam as estruturas e 
as propriedades de células vivas, por exemplo, 
não conseguem evoluir em suas pesquisas sem 
considerar as moléculas contidas nessas células. 
Essas moléculas formam a estrutura da célula e 
são responsáveis pelas propriedades de cada 
célula . Assim, há grande sobreposição entre a 
bioquímica e a biologia celular. O mesmo é válido 
para a genética, que enfoca a informação 
genética contida nos genes. Os genes são feitos 
de DNA, e compreender como eles funcionam 
significa estudar a estrutura do DNA e a maneira 
pela qual ele interage com outras moléculas, de 
modo que a informação que contém pode ser 
usada pela célula. 
 
A bioquímica moderna também explica áreas 
da biologia que associamos a microorganismos, 
em vez de células. Na ecologia, por exemplo, 
ecossistemas em geral são descritos em termos 
de teias alimentares, com energia sendo gerada 
por fotossíntese e então transferida em uma 
cadeia alimentar através dos herbívoros até os 
carnívoros no topo da cadeia. A geração de 
energia é um tópico central em bioquímica, e 
esse aspecto da ecologia de ecossistemas é, na 
realidade, bioquímica aplicada a uma 
comunidade de espécies diferentes, em vez de 
organismos individuais. De maneira semelhante, 
não pensamos imediatamente na bioquímica 
quando se discute a evolução. Mas as relações 
evolutivas entre espécies são agora estudadas 
não apenas por comparação da morfologia 
daquelas espécies e das estruturas de seus ossos. 
Hoje, é mais provável que as relações sejam 
sondadas comparando-se as estruturas das 
moléculas contidas nos organismos. 
A química também é importante na 
bioquímica 
Embora a bioquímica seja parte das ciências da 
vida, ela depende muito dos princípios e métodos 
analíticos da química. Na verdade, a bioquímica 
começou quando os químicos se interessaram 
pela primeira vez pelo estudo das reações 
químicas que ocorrem nos seres vivos. Esses 
químicos descobriram, lá no século XIX, que a 
bioquímica tem seus desafios únicos. O principal 
deles é a complexidade da mistura de moléculas 
presentes em uma célula viva. Os químicos 
estavam, e ainda estão, mais acostumados a 
estudar reações que ocorrem em soluções 
relativamente simples cuja elaboração química é 
conhecida com exatidão. 
 
 
 
 
Bioquímica no Mundo Moderno 
 
28 de fevereiro de 2023 Tamires Moraes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As células e os extratos preparados a partir delas 
contêm muitos tipos diferentes de compostos e 
o entendimento de quais partes da mistura são 
responsáveis pelas reações bioquímicas 
particulares é um problema real. A solução 
desse problema exigiu o desenvolvimento de 
novos métodos e abordagens científicas que 
deram à bioquímica um sabor único. Em 
contrapartida, a química continuou a ser 
organizada em torno da divisão tradicional em 
inorgânica, orgânica e física. A bioquímica não 
se encaixa nessas categorias e, assim, tornou-se 
uma disciplina por si só. 
As origens da bioquímica. 
O químico alemão Carl Neuberg é visto como 
o pai da bioquímica. Ele criou o termo 
‘bioquímica’ em 1903 e a promoveu como um 
tópico distinto pela criação e editoração 
do Biochemische Zeitschrift, o primeiro 
periódico dedicado à bioquímica, agora 
denominado FEBS Journal. No entanto, as 
origens da bioquímica datam de muito antes, 
em meados do século XVIII, quando os 
cientistas começaram a estudar pela primeira 
vez as substâncias químicas e os processos 
químicos nos seres vivos. Esse trabalho 
gradualmente acabou com a noção antiga 
de que entidades vivas contêm um ‘princípio 
vital’ que não poderia ser descrito em termos 
químicos ou físicos. Por volta de 1900, foi 
estabelecido que os seres vivos estão sujeitos 
às mesmas leis químicas e físicas que a matéria 
inanimada, capacitando todas as áreas da 
biologia, não apenas a bioquímica, a 
evoluírem para as disciplinas científicas 
rigorosas com que hoje estamos familiarizados. 
As principais etapas do desenvolvimento da 
bioquímica antes de 1900 foram as seguintes: 
 
Década de 1770 Carl Wilhelm Scheele isolou 
ácido cítrico de limões, ácido málico de 
maçãs e ácido láctico do leite. Esses 
carboidratos estão entre os primeiros 
compostos orgânicos a serem 
identificados. 
Década de 1780 Antoine Lavoisier e Pierre 
Laplace mostraram que a quantidade de 
calor e dióxido de carbono gerados 
durante a respiração é idêntica à gerada 
durante a combustão. Lavoisier também 
propôs que, durante a fotossíntese, as 
plantas captam dióxido de carbono e 
liberam oxigênio. Esses experimentos 
indicaram que a geração de energia em 
seres vivos está sujeita às mesmas leis 
químicas que a geração de energia nas 
reações químicas. 
 
1811–1823 Michel Eugène Chevreul estudou a 
química das gorduras animais. Seu 
trabalho foi a primeira aplicação da 
análise química e física a um tipo de 
biomolécula. 
Década de 1820 William Prout distinguiu tipos 
diferentes de alimentos como sacarinosos, 
albuminosos e oleaginosos, que são 
aproximadamente equivalentes a 
carboidratos, proteínas e gorduras. 
1827 Hans Fischer sintetizou porfirinas e 
mostrou que esses compostos se ligam ao 
oxigênio nas hemácias. 
1833 Anselm Payen e Jean-François Persoz 
isolaram e estudaram a primeira enzima, 
‘diastase’, que agora denominamos 
amilase (converte amido em açúcar). 
Vamos examinar seu trabalho em mais 
detalhes na Seção 7.1. 
Década de 1850 Claude Bernard mostrou que 
o glicogênio é sintetizado a partir de 
glicose no fígado. Essa foi uma das 
primeiras demonstrações de que os 
animais conseguem sintetizar 
biomoléculas e degradá-las. 
1877 Morits Traube sugeriu que as enzimas são 
um tipo de proteína. 
1880–1900 Emil Fischer identificou as estruturas 
de muitas biomoléculas importantes, 
incluindo os 16 isômeros diferentes de 
glicose, e as purinas que são 
componentes do DNA e do RNA. Mais 
tarde, ele mostrou como os aminoácidos 
são ligados para formar um polipeptídio. 
1895–1900 Os primeiros hormônios foram 
descobertos. A adrenalina (também 
denominada epinefrina) foi identificada 
por Napoleon Cybulski, Jokichi Takamine e 
outros. 
 
A bioquímica envolve o estudo de biomoléculas 
muito grandes 
Quando os primeiros bioquímicos começaram a 
examinar as misturas complexas de moléculas nas 
células vivas, deduziram logo que algumas dessas 
moléculas na verdade são muito grandes. O 
tamanho de uma molécula se expressa como 
sua massa molecular, medida em dáltons (Da), com 
1 Da sendo igual a 1/12 da massa de um átomo de 
carbono.A maioria dos compostos conhecidos na 
natureza, bem como a maioria dos artificiais 
sintetizados por químicos, tem massas moleculares 
substancialmente inferiores a 1.000. A massa 
molecular da água, por exemplo, é igual a 18,02 Da, 
a do etanol é de 46,07 Da e a do fenol é de 94,11 Da. 
Até mesmo um composto orgânico complexo como 
o quinino, que é usado no tratamento da malária, 
tem massa molecular de 324 Da apenas. 
 
 
 
 
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Em contraste, há muitas moléculas nas células 
vivas cujas massas moleculares são medidas em 
milhares de dáltons, denominando-se quilodáltons 
(kDa). Exemplos relativamente pequenos 
dessas macromoléculas incluem a trombina, que 
está envolvida na coagulação do sangue e cuja 
massa molecular é de cerca de 37.400 Da ou 37,4 
kDa, e a alfa-amilase, que é secretada na saliva e 
inicia a quebra do amido da dieta em açúcar, 
que tem massa de 55,4 kDa. O tamanho do 
próprio amido é variável, indo de 190 kDa a 
227.000 kDa, dependendo do tipo de planta do 
qual venha. 
 
Schrödinger e a biologia. 
Embora Erwin Schrödinger seja mais 
conhecido por seu trabalho sobre teoria quântica, 
ele foi um dos vários físicos da primeira parte do 
século XX que também se interessaram bastante 
por biologia. Um deles, Max Delbrück, mudou seus 
temas de trabalho no meio da carreira, passando 
da física teórica para a genética e realizando um 
trabalho pioneiro com bacteriófagos (vírus que 
infectam bactérias) que levou à descoberta de 
que os genes são constituídos por DNA. 
Schrödinger continuou sendo um físico, mas 
em 1944 escreveu um pequeno livro intitulado O 
Que é Vida?, no qual especulou sobre a 
hereditariedade e a estrutura de genes. Lendo o 
livro hoje, muitas das ideias de Schrödinger 
parecem inverossímeis. Ele concluiu que os genes 
são estruturas cristalinas e às vezes quase revive o 
‘princípio vital’ da biologia de antes do século XX, 
sugerindo que os seres vivos poderiam utilizar leis 
desconhecidas da física. Apesar de seus erros, em 
um aspecto O Que é Vida? foi um marco 
importante no desenvolvimento da bioquímica no 
século XX. Já havia sido estabelecido que os genes 
contêm informação que especifica o plano de 
desenvolvimento de um ser vivo e as reações 
bioquímicas que ele pode realizar. Schrödinger 
argumentou que essa informação tinha de ser 
codificada nas estruturas dos genes do ser vivo. 
Mais uma vez, suas ideias específicas sobre como 
esse sistema de codificação funcionava foram 
incorretas, mas a noção da obrigatoriedade de 
um tipo de código genético que um ser vivo usa 
para ler a informação contida em seus genes foi 
uma percepção importante que orientou a 
pesquisa sobre os genes nos 20 anos seguintes. 
A maioria dessas grandes biomoléculas 
consiste em polímeros, compostos constituídos por 
cadeias longas de unidades químicas idênticas ou 
muito semelhantes denominadas monômeros. No 
amido, a unidade monomérica é uma molécula de 
glicose e o polímero é construído mediante a ligação 
de monômeros de glicose em cadeias ramificadas. 
Quanto maior o número de unidades de glicose, maior 
a massa molecular da molécula de amido. Uma das 
menores moléculas de amido, com massa molecular 
de 190 kDa apenas, conteria 1.050 unidades de 
glicose, enquanto as moléculas maiores teriam mais 
de um milhão. 
O amido é um exemplo de um polissacarídio, 
um polímero constituído por moléculas de glicose ou 
açúcares similares. Os polissacarídios têm dois papéis 
principais nas células. Primeiro, polissacarídios como 
amido (em plantas) e glicogênio (em animais) agem 
como reservas de energia, isso porque as unidades de 
açúcar que eles contêm podem ser liberadas dos 
polímeros e posteriormente degradadas para gerar 
energia química. O segundo papel dos polissacarídios 
é estrutural. A celulose, que confere rigidez às células 
vegetais, é um tipo de polissacarídio, assim como a 
quitina, que forma parte do exoesqueleto de insetos e 
animais como caranguejos e lagostas. 
Assim como os polissacarídios, há outras três 
classes de grandes biomoléculas que são importantes 
na bioquímica. A primeira delas é das proteínas, que 
são polímeros não ramificados de aminoácidos. As 
proteínas desempenham uma gama imensa de 
papéis nos seres vivos. As enzimas, que catalisam 
reações bioquímicas, são, em sua maioria, proteínas 
também. A alfa-amilase, que catalisa a reação 
química responsável pela liberação de unidades de 
glicose do amido, é um exemplo de enzima. Outra é a 
trombina, que catalisa a reação que converte 
fibrinogênio (ele próprio uma proteína) em polímeros 
insolúveis de fibrina, as quais se unem como parte do 
processo de coagulação sanguínea. 
 
 
 
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Átomos, isótopos e massas moleculares. 
Um átomo consiste em um núcleo 
contendo prótons com carga positiva e nêutrons 
neutros, circundado por uma nuvem de elétrons 
com carga elétrica negativa. A identidade 
química do elemento é determinada pelo número 
de prótons, que se denomina número atômico. 
Esse número é o mesmo para todos os átomos de 
um dado elemento. Por exemplo, cada átomo de 
hidrogênio tem apenas um único próton e número 
atômico de 1 e cada átomo de carbono tem seis 
prótons e número atômico de 6. 
Embora o número de prótons seja 
invariável, átomos diferentes do mesmo elemento 
podem ter números diferentes de nêutrons. Essas 
versões diferentes de um elemento denominam-
se isótopos. O carbono, por exemplo, tem três 
isótopos de ocorrência natural, cada um contendo 
seis prótons, mas com seis, sete ou oito nêutrons. O 
número total de prótons e nêutrons em um núcleo 
(somados) denomina-se o número de massa, de 
modo que os três isótopos de carbono têm 
números de massa de 12, 13 e 14, denominando-se 
carbono-12, carbono-13 e carbono-14, ou 12C, 13C 
e 14C. Esses são os isótopos de carbono 
encontrados na natureza. O carbono-12 constitui 
até 98,93% de todos os átomos de carbono 
existentes e o carbono-13 contribui com a maior 
parte do 1,07% restante. A quantidade de 
carbono-14 é ínfima, cerca de um em cada trilhão 
de átomos de carbono. Também há 12 isótopos 
entre 8C a 22C que não existem em quantidades 
mensuráveis no ambiente, mas que podem ser 
criados em condições de laboratório. A maioria 
dos elementos, mas nem todos, tem isótopos de 
ocorrência natural, os maiores números sendo nove 
isótopos do xenônio e dez do estanho. 
Considera-se que o carbono-12 tenha 
massa molecular de exatamente 12 Da. Os valores 
de outros átomos são calculados de acordo com 
suas massas relativas ao carbono-12. A massa 
molecular de um composto é deduzida 
simplesmente somando-se as massas de seus 
átomos constituintes. 
O terceiro tipo de biomolécula grande é o ácido 
nucleico, do qual há dois tipos, o ácido 
desoxirribonucleico ou DNA e o ácido 
ribonucleico ou RNA. O DNA está presente nos 
cromossomos e contém informação biológica. Em 
outras palavras, os genes são constituídos por DNA. O 
RNA está envolvido no modo pelo qual a informação 
contida no DNA é lida pela célula. Por fim, há 
os lipídios, um grupo diverso de biomoléculas grandes 
que, como os polissacarídios, têm papéis estruturais e 
agem como estoques de energia, mas que também 
têm várias outras funções, incluindo funções 
regulatórias – vários hormônios são lipídios. 
 
Bioquímica também é o estudo do metabolismo 
 
Os seres vivos, e todas as células que o constituem, 
são estruturas dinâmicas. Isso significa que necessitam 
de energia para exercer suas várias atividades e 
também precisam sintetizar novas biomoléculas como 
e quando forem necessárias. Esses são os processos 
que constituem a ‘vida’. O princípio fundamental debioquímica é que esses ‘processos vitais’ são reações 
químicas. Há uma quantidade muito grande deles, 
que estão ligados em vias complicadas, porém, 
estudando-se as reações individualmente, é possível 
entender a base molecular da vida. 
Qualquer reação química pode ocorrer 
espontaneamente, mas sua velocidade pode ser 
muito lenta. Quando as reações químicas são 
realizadas em um tubo de ensaio, geralmente 
acrescenta-se um catalisador para acelerar a 
reação. Um exemplo é o uso de óxido de vanádio na 
produção industrial de ácido sulfúrico, a partir de 
dióxido de enxofre e oxigênio, pelo Processo de 
Contato. A velocidade da reação aumenta porque 
os dois reagentes gasosos (dióxido de enxofre e 
oxigênio) são absorvidos na superfície do catalisador, 
aproximando mais as moléculas e promovendo sua 
combinação para formar trióxido de enxofre, que 
reage com a água, originando ácido sulfúrico. As 
reações biológicas também usam catalisadores, mas 
eles não são metais. Eles são denominados enzimas e 
a grande maioria delas consiste em moléculas de 
proteína, embora também sejam conhecidas 
algumas feitas de RNA. 
 
Metabolismo é a palavra usada para 
descrever as reações químicas que ocorrem nos 
seres vivos. Essas reações são divididas 
tradicionalmente em dois grupos amplos: 
•Catabolismo: é a parte do metabolismo 
responsável pela degradação dos compostos 
para gerar energia 
•Anabolismo: refere-se às reações bioquímicas 
que formam moléculas maiores a partir de 
menores. 
 
 
 
 
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A resposta para essa questão surgiu com a 
descoberta de Okazaki, um cientista japonês, que a 
síntese de uma das cadeias é contínua, enquanto a 
outra é descontínua (Figura 3.10a). Na cadeia 
sintetizada descontinuamente, surgemdiversos 
fragmentos contendo cerca de mil nucleotídeos 
conhecidos como fragmentos de Okazaki. Esses 
fragmentos, a exemplo da cadeia sintetizada 
continuamente, são também formados na direção 
5 ' 3' pela DNA polimerase. 
 
O armazenamento e a utilização de 
informação biológica constituem uma parte 
importante da bioquímica 
Considera-se que um conjunto de reações 
bioquímicas, embora seja estritamente uma parte do 
anabolismo, tem aspectos tão especiais que em geral 
são consideradas separadamente do metabolismo da 
célula. Essas reações são as responsáveis pela síntese 
de DNA, RNA e proteína. Nesse ponto a bioquímica e 
a genética se sobrepõem, porque as mesmas reações 
são responsáveis tanto pela replicação como pela 
utilização da informação biológica que está contida 
nos genes. Essa é a informação de que um organismo 
precisa para se desenvolver, reproduzir e realizar todas 
as suas reações metabólicas. 
Nem todos os genes em uma célula estão 
ativos o tempo todo. Muitos ficam silenciosos por 
longos períodos, só sendo convertidos em RNA e 
proteína nas ocasiões específicas em que seus 
produtos são necessários. Portanto, todos os seres vivos 
são capazes de regular a expressão de seus genes, de 
modo que os produtos de RNA ou proteína não 
necessários em determinado momento não sejam 
produzidos. 
Omas’ são coleções de biomoléculas. 
O proteoma – a coleção de proteínas em uma célula 
ou tecido – é apenas um dos vários conjuntos de 
biomoléculas que os bioquímicos estudam. Nos 
referimos a essas coleções genericamente como 
‘omas’, com os exemplos específicos sendo: 
•O genoma, que é o conteúdo completo de 
moléculas de DNA em uma célula, contendo 
todos os genes do organismo 
•O transcriptoma, que é a coleção de moléculas 
de RNA em uma célula ou tecido; o nome 
‘transcriptoma’ vem do fato de que as moléculas 
de RNA são cópias, ou transcritos, de genes 
•O lipidoma é o conteúdo total de lipídio de 
uma célula ou tecido 
•O glicoma é o conteúdo de carboidratos. 
Por fim, há o metaboloma, que tem uma composição 
mais complexa. O metaboloma é a coleção 
completa de metabólitos presentes em uma célula 
sob um conjunto particular de condições. Esses 
metabólitos são os substratos, produtos e 
intermediários de todas as reações catabólicas e 
anabólicas que ocorrem na célula. Portanto, o 
metaboloma reflete as atividades bioquímicas da 
célula, que são especificadas pelo proteoma e são 
dependentes, pelo menos até certo ponto, das 
composições do lipidoma, do glicoma e do 
transcriptoma. A bioquímica de uma célula pode ser 
vista, portanto, como resultante da interação de seus 
vários ‘omas’. 
 
BROWN, T.A. Bioquímica. Grupo GEN, 
2018. E-book. ISBN 9788527733038.