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Biomoléculas Disciplina Bioquímica Geral Biomoléculas e células Professora Jamile Fabbrin Gonçalves CONTEÚDO PROGRAMÁTICO – Bioquímica Geral UNIDADE 1 - CÉLULAS E BIOMOLÉCULAS UNIDADE 2 - QUÍMICA DE PROTEÍNA Durante este semestre estudaremos: UNIDADE 3 – ENZIMAS UNIDADE 4 - OXIDAÇÕES BIOLÓGICAS UNIDADE 5 - METABOLISMO DOS GLICÍDIOS UNIDADE 6 - METABOLISMO DOS LIPÍDIOS UNIDADE 7 – CATABOLISMO DOS AMINOÁCIDOS 1º) O que estuda a Bioquímica; 2º) Características dos organismos vivos; 3º) Fundamentos celulares; 4º) Fundamentos químicos; 5º) Fundamentos físicos. Bioquímica é o estudo que mostra como as coleções das moléculas inanimadas que constituem os organismos vivos interagem p/ manter e perpetuar a vida apenas pelas leis físicas e químicas que governam o universo. 1º) Um alto grau de complexidade química e organização microscópica; 2º) Sistema p/extração, transformação e o uso da energia do ambiente; Características distinguidoras dos organismos vivos: 2º) Sistema p/extração, transformação e o uso da energia do ambiente; 3º) Capacidade p/ auto-replicação e automontagem precisas; 4º) Mecanismo p/ sensoriar e responder as alterações em seu meio ambiente; 5º) Funções definidas p/ cada um dos seus componentes e interações reguladas entre eles. As células são as unidades estruturais e funcionais de todos organismos vivos As células de todas as espécies possuem certas características Fundamentos CELULARES possuem certas características estruturais em comum: 1) Membrana plasmática; 2) Citoplasma – solução citosol; 3) Núcleo ou nucleóide. Ambientes podem ser: 1) Aeróbicos: com amplo suprimento de oxigênio, os organismos obtêm energia pela transferência de elétrons das moléculas combustíveis para o oxigênio (H2O); 2) Anaeróbicos: virtualmente desprovidos de oxigênio, os organismos obtêm energia pela transferência de elétrons das moléculas combustíveis para o nitrato (formando N2), o sulfato (formando H2S) ou o CO2 (formando CH4). Os organismos podem ser: 1) Unicelulares: constituído de apenas uma célula – bactérias; 2) Pluricelulares: constituído de várias células. Os organismos podem ser: 1) Procariotos: sem carioteca e organelas citoplasmáticas – bactérias; 2) Eucariotos: com carioteca e organelas citoplasmáticas. Células eucarióticas Características principais de uma célula eucariótica: 1) Núcleo verdadeiro; 2) Organelas celulares. N ív ei s de o rg an iz aç ão e st ru tu ra l N ív ei s de o rg an iz aç ão e st ru tu ra l Hierarquia estrutural na organização molecular das células • As subunidades monoméricas nas proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos são unidas por ligações covalentes. • Em complexos supramoleculares as moléculas mantêm-se juntas por interações não-covalentes – muito mais fracas individualmente que as ligações covalentes. • Interações NÃO-covalentes: - Pontes de hidrogênio (entre grupos polares); - Interações iônicas (entre grupos carregados); - Interações hidrofóbicas (entre grupos apolares em solução aquosa); - Interações de Van deer Walls. Fundamentos QUÍMICOS • Os elementos mais abundantes (sombreados em laranja) são componentes estruturais das células e tecidos e requeridos na dieta em quantidades de gramas; • Para os microelementos (sombreados em amarelo) os requerimentos são muito menores. 99% da massa da maior parte das células As biomoléculas são compostos de carbono com uma variedade de grupos funcionais • A química dos organismos vivos é organizada em volta do carbono -> representa mais da metade do peso seco das células; • O C pode formar ligações simples com átomos de hidrogênio, e tanto ligaçõesátomos de hidrogênio, e tanto ligações duplas ou triplas com átomos de oxigênio e nitrogênio; • Cada átomo de C pode formar ligações simples com até 4 outros átomos de C; • Dois átomos de C podem formar entre si ligações duplas ou triplas. • As 4 ligações simples que podem ser formadas por um átomo de C são arranjadas de maneira tetraédrica; • Há rotação livre em volta de cada ligação simples;ligação simples; • Uma ligação dupla é mais curta e rígida e permite pouca rotação sobre o seu eixo. • Os átomos de C ligados de maneira covalente nas biomoléculas podem formar cadeias lineares, cadeias ramificadas e estruturas cíclicas; • Grupos funcionais: grupos de átomos que são adicionados ao esqueleto carbônico e que conferem propriedades químicas específicas a molécula; • Nenhum outro elemento químico pode• Nenhum outro elemento químico pode formar moléculas de tamanhos e formas tão diferentes ou com tal variedade de grupos funcionais -> seleção durante evolução. A maior parte das biomoléculas pode ser considerada como derivada dos HIDROCARBONETOS, com átomos de H substituídos por uma variedade de grupos funcionais !!! • Muitas biomoléculas são consideradas polifuncionais, contendo duas ou mais espécies diferentes de grupos funcionais, cada um com suas próprias características; • A “personalidade” química de um composto é determinada pela química dos seus grupos funcionais e sua disposição no espaço tridimensional. As macromoléculas são os principais constituintes das células • Macromoléculas: proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos. • Ácidos nucléicos (DNA e RNA): polímeros de nucleotídeos; •Proteínas: longos polímeros de aminoácidos; • Polissacarídeos: polímeros de açúcares simples. Ex.: glicose. Estereoquímica Um composto contendo carbono usualmente existe como ESTEREOISÔMERO -> moléculas com as mesmas ligações químicas, mas diferentes estereoquímicas, ou seja, diferentes CONFIGURAÇÕES, o arranjo dos átomos fixados no espaço. A estrutura tridimensional é descrita pela configuração e pela conformação Interações entre biomoléculas são invariavelmente estereoespecíficas!!! Estrutura do aminoácido ALANINA Três diferentes maneiras para ilustrar as estruturas estereoquímicas a) Fórmula estrutural em perspectiva b) Modelo bola-e-bastão c) Modelo tipo espaço cheio Configuração é conferida pela presença de: 1. Duplas ligações (em torno da qual não há liberdade de rotação); 2. Centros quirais (os grupos substituintes são arranjados em uma seqüência específica). A característica identificadora dos isômeros de configuração é que eles NÃO podem ser interconvertidos sem a quebra temporária de uma ou mais ligações covalentes!!!uma ou mais ligações covalentes!!! Isômeros geométricos ou cis-trans • Segundo tipo de isômero de configuração -> Um átomo de C com 4 substituintes diferentes é dito assimétrico e carbonos assimétricos são chamados centros quirais; • Uma molécula com 1 carbono pode ter apenas 2 estereoisômeros, mas quando 2 ou mais (n) carbonos quirais estão presentes, podem existir 2n estereoisômeros. • Enantiômeros (esteroisômeros que são imagens especulares do outro) ≠ • Diasterômeros (esteroisômeros que NÃO são imagens especulares do outro) Distinta da configuração é a conformação molecular, o arranjo espacial dos grupos substituintes que, SEM quebrar nenhuma ligação, são livres para assumir posições diferentes no espaço devido à liberdade de rotação em volta das ligações simples. Ex.: Etano (C-C). Forma elipsada Forma escalonada A interconversão das duas formas de etano ocorre milhões de vezes por segundo! As moléculas quirais nos organismos estão geralmente presentes em apenas UMA de sua formas quirais. Glicose --- isômero D Aminoácidos --- isômeros L Fundamentos FÍSICOS • As células vivas e os organismos precisam realizar trabalho para permanecerem vivos e para se reproduzirem; • As reações sintetizantes que ocorrem dentro das células, da mesma forma que os processos que sintetizantes que ocorrem numa fábrica, requerem a adição de ENERGIA! • Um organismo vivo é um sistema ABERTO uma vez que ele troca tanto ENERGIA quanto MATÉRIA com seu ambiente;ENERGIA quanto MATÉRIA com seu ambiente; • Os organismos vivos derivam a energia do seu ambiente de duas maneiras:1) Eles captam alimentos químicos (como a glicose) do ambiente e extraem a energia oxidando-os; 2) Eles absorvem energia a partir da luz solar. • Praticamente todos os organismos derivam a sua energia, direta ou indiretamente, da energia radiante da luz solar; • FOTOSSÍNTESE: as células fotossintetizantes absorvem a energia luminosa e a usa para direcionar os elétrons da água para o CO2, formando produtos ricos de energia como a glicose, o amido e a sacarose, liberando O2 para a atmosfera; O fluxo de elétrons fornece energia para os organismos • ANIMAIS: As células dos organismos não-fotossintetizadores obtêm a energia que necessitam pela oxidação de produtos ricos de energia da fotossíntese e, depois, passando os elétrons para o O2 para formar a H2O, CO2. Oxidação=perda de e¯ Redução= ganho de e¯ -> Todas essas reações envolvendo o fluxo de elétrons são reações de oxidação-redução, um reagente é oxidado (perde elétrons) à medida que outro é reduzido (ganha elétrons); ATP Substâncias químicas reduzidas são as nossas fontes de elétrons!!!fontes de elétrons!!!
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