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02 - Composição celular – Biomoléculas I

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30/08/2013
1
Composição 
celular –
Biomoléculas I
PROF. HUGO DE ALMEIDA
O que são as biomoléculas?
 Macromoléculas orgânicas que compõem os 
seres vivos:
 Compostos de carbono;
 C, H, N e O constituem quase 99% do peso 
celular seco;
 Proteínas, açúcares, lipídios e ácidos nucleicos;
 Formadas por subunidades monoméricas;
 Distribuição e função variadas;
 Água  70% do peso de uma célula;
 Reações químicas ocorrem em ambiente 
aquoso.
Distribuição de 
elementos químicos em 
seres humanos e na 
crosta da terra
Predominância dos 
elementos “orgânicos”
Composição química aproximada 
de células típicas
30/08/2013
2
Composição química aproximada 
de células típicas
O átomo e suas ligações
Ligações dependem de vagas na última camada eletrônica
Ligações covalentes e iônicas Força de van der Waals
30/08/2013
3
Cont.
Dipolo temporário (induzido)
Forças interatômicas
 Van der Waals, London ou dipolo induzido – dipolo induzido:
 Ocorre entre moléculas apolares ou gases nobres;
 Assimetria da nuvem eletrônica  gera o dipolo nos outros átomos;
 Dipolo permanente – dipolo permanente:
 Moléculas polares;
 Extremidade negativa interage com extremidade positiva de outra 
molécula;
 Pontes de hidrogênio:
 Dipolo permanente-dipolo permanente;
 Moléculas polares com H ligado à um átomo muito eletronegativo de 
pequeno raio (F, O, N);
 Ex: H2O, HF, NH3, etc.
Pontes de H > D.P-D.P > VdW
Macromoléculas e a célula
Ácidos nucleicos:
núcleo (2, 3), citoplasma (1, 2, 3);
Carboidratos:
membrana plasmática (1, 2, 3), parede celular (1, 3), reserva energética (1, 2, 3), matriz extracelular (2);
Lipídios:
membrana plasmática (1, 2, 3), reserva energética (2, 3);
Proteínas:
núcleo (2, 3), citoplasma (1, 2, 3), cílios e flagelos (1, 2), membrana plasmática (1, 2, 3), parede celular 
(1, 3), matriz extracelular (2);
1
2
3
A água
30/08/2013
4
Moléculas hidrofílicas vs
hidrofóbicas
Coesão da água
 Reflete em um alto:
 Ponto de fusão e ponto de 
ebulição:
 Água existe em estado líquido no 
nosso planeta;
 Calor de vaporização:
 Regulação de temperatura;
 Constante dielétrica (capacidade 
de interagir com moléculas 
carregadas):
 Alta capacidade de dissolver 
sólidos cristalinos (diminui a força 
iônica entre os átomos).
Lei de coulomb: F=(q1.q2)/r²
Constante dielétrica: inversamente proporcional (quanto maior, menor a interação entre íons).
Logo: F=(q1.q2)/Dr²
Organização de moléculas 
apolares
 Devido à alta organização de 
moléculas de água ao redor de 
solutos apolares, os mesmos 
tendem a se agrupar (removendo 
moléculas de água organizadas e 
aumentando a entropia do 
sistema).
O mesmo também ocorre para 
aumentar a espontaneidade de 
reações enzimáticas
Juntas, essas características 
tornam a água uma molécula 
ideal para a formação das 
biomembranas e como 
constituinte do citoplasma, onde 
ocorrem as reações enzimáticas.
 Desidratação do sítio ativo;
 Aumento da entropia;
 Favorecimento de reações 
improváveis.
30/08/2013
5
Adesão e capilaridade
 Propriedades que derivam da 
coesão (logo, da capacidade de 
formar pontes de H);
 Adesão em tubos e superfícies;
 Capilaridade: uma molécula 
“puxa” a outra; A água adere às paredes 
do vaso, com tendência 
a recobrir a superfície; 
como uma molécula 
puxa a outra, ocorre a 
formação do menisco
De uma maneira muito similar, a 
água pode alcançar as folhas de 
uma árvore.
Água e Membrana Plasmática
Propriedades coligativas e 
osmose
H2O
Soluto
Formando cristais de gelo
Àgua pura
Cada molécula é 
disponível
- para a pressão da 
vapor (superfície)
- para formação de 
cristais (corpo)
Solução
Concentração da 
água é reduzida
 Pressão de 
vapor e formação 
de cristais 
reduzidas
Água 
pura
Soluto não-
permeante 
dissolvido 
na água
Pistão
Membrana 
semipermeável
Osmose e pressão osmótica (π)
Não depende das propriedades químicas do soluto, e sim de sua concentração;
Atua pelo aumento da entropia, logo a tendência do líquido em formar gás é diminuída.
Osmose
Solutos 
extracelulares Solutos 
intracelulares
Célula em solução isotônica: 
nenhum movimento real de 
água.
Célula em solução hipotônica: a água 
move-se para seu interior, criando 
uma pressão externa; a célula 
distende-se, podendo romper-se.
Célula em solução 
hipertônica: a água move-se 
para fora e célula murcha.
30/08/2013
6
IONIZAÇÃO DA ÁGUA e pH
 Água é anfotérica;
 Atua como ácido ou base;
 Dois iontes:
 H3O+ e OH-;
 25 °C  Equilíbrio  pH neutro;
 pH = log(1/[H+]) = -log(H+];
Ácidos e Bases
 Ácidos e bases fortes:
 Completamente ionizados em solução;
 Ácidos e bases fracas:
 Parcialmente ionizados em solução:
 Conjugado ácido-base:
 pKa: tendência a perder um próton e se tornar uma base 
conjugada;
Equação de Henderson-Hasselbach
Titulação Macromoléculas
 São compostas de subunidades:
 Ácidos nucleicos: nucleotídeos;
 Lipídios: ácidos graxos, cetoacil ou 
isoprenóis;
 Carboidratos: monossacarídeos;
 Proteínas: aminoácidos;
 Diferentes características físico-químicas 
 diferentes funções:
 Estruturais;
 Reserva;
 Enzimáticas;
 Informacionais; ...
 Água  constituinte principal dos seres 
vivos modela as conformações das 
moléculas.
30/08/2013
7
Açúcares
 Monossacarídeos:
 Fórmula geral = (CH2O)n;
 Em geral  três e sete átomos de 
carbono (trioses, tetroses, pentoses, 
hexoses e heptoses);
 Aldoses: Monossacarídeos de função 
mista poliálcool-aldeído;
 Cetoses: Monossacarídeos de 
função mista poliálcool-cetona;
 Isômeros (glicose, manose e 
galactose) = C6H12O6;
 Ligações α e β;
 Dissacarídeos, oligossacarídeos e 
polissacarídeos;
Estrutura de um monossacarídeo 
simples (glicose)
Funções:
Energia;
Unidade de construção
Oligo- e polissacarídeos
 Ligações a e b;
 Derivados de açúcar;
 Dissacarídeos;
 Oligossacarídeos e polissacarídeos;
 Oligossacarídeos complexos;
Dissacarídeos
 Reação de condensação entre dois monossacarídeos:
 glucose + glucose  maltose
 glucose + galactose  lactose
 glucose + fructose  sucrose
 Formação de uma ligação glicosídica;
30/08/2013
8
Polissacarídeos
 Glicanos;
 Diferem-se quanto aos tipos de monossacarídeos, tamanhos de 
suas cadeias e tipos de ligações entre as unidades.
 Homopolissacarídeo: apenas um tipo de subunidade; reservas 
alimentares;
 Heteropolissacarídeos: mais de um tipo de monossacarídeo; 
suporte extracelular.
Homopolissacarídeos
 Amido, glicogênio;
 Celulose, quitina;
 Amido:
 Amilose, amilopectina;
 Glicogênio:
 Ramificado e compacto;
 Glicogênio x glicose:
 Apolar x polar  Pressão osmótica!
 Dextranos: 
 Bactérias e leveduras;
 Cromatografias (sephadex)
Celulose:
β-1,4  α-amilases;
Cupins  Triconympha celulase;
Quitina:
Exoesqueleto de artrópodes;
Heteropolissacarídeos
 Parede celular bacteriana;
 Ligados entre si por pequenos peptídeos;
 Lisozima;
 Em algas  ágar;
 Ágar:
 Agarose;
 Agaropectina;
Heteropolissacarídeos
 Glicosaminoglicanos:
 Matriz extracelular;
 Unidades de dissacarídeo;
 Ácido hialurônico;
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9
Lipídeos
 Formado por H, C e O;
 Podem existir como gorduras, óleos e ceras;
 Insolúveis em água
 Ótima fonte de energia (38kJ/g)
 Pobres condutores de calor;
 Maioria das gorduras e óleos -> triglicerídeos
Funções dos lipídios
1. Principal reserva de energia dos 
animais:
 Gotículas lipídicas são usadas 
como combustível;
 São oxidados nas mitocôndrias em 
CO2 e H2O, usando O2 e formando 
ATP;
2. Componentes de membranas 
celulares:
 Fosfolipídios, glicolipídios, 
colesterol;
3. Isolamento:
 Células (forma e compartimentos);
 Elétrico (formação do potencial 
de membrana);
 Tecidos subcutâneos (isolante 
térmico);
4. Comunicação:
 Hormônios;
 Mediadores;
 Sinalização celular;
Ácidos graxos
 Cadeia de hidrocarbonetos;
 4 – 36 carbonos (12 e 24);
 Normalmente nº par de C;
 Ligações saturadas ou 
insaturadas;
 Isomeria cis ou trans;
 Extremidade com ácidocarboxílico;
 Compõem a maior parte dos 
lipídios;
Estrutura dos ácidos graxos
grupo
carboxila
Cadeia 
carbôni
ca
ácidos 
graxos 
saturados
mistura de ácidos 
graxos saturados e 
insaturados
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Ácidos Graxos
 Grupo carboxil (-COOH) 
 Ligados a uma longa cadeia de hidrocarbonetos apolares 
(hidrofóbico):
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
C
O
O
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
Ácido graxo saturado (sem dupla ligação)
HH
C
O
O
H
C
H
H
C C
C C H
C
H
H
C
H
H
Ácido graxo polinsaturado
C
O
O
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H Ácido graxo monoinsaturado
H H
Ligações saturadas e insaturadas
Saturada Insaturação cisInsaturação trans
Saturação cis: promove o dobramento da 
cadeia de hidrocarbonetos.
Nomenclatura de ácidos graxos
 Nº de carbonos : Nº de duplas (Δx,y);
 Sendo X e Y carbonos com ligações duplas (insaturados);
 Nome baseado no número de carbonos e sufixo óico;
 Ex: 12:0  ácido dodecanóico.
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Triglicerídeos
 Formados por esterificação:
 ... uma reação de condensação entre 3 ácidos graxos e glicerol:
Glicerol
H
C
H C
C
H
H
H
H
O
O
O
Esterificação
H
C
H C
C
H
H
H
H
O
O
O
C
O
O
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
Glicerol Ácido Graxo
Esterificação
H
C
H C
C
H
H
H
H
O
O
O
C
O
O
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
Glicerol Ácido Graxo
Esterificação
H
C
H C
C
H
H
H
H
O
O
O
C
O
O
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
Glicerol Ácido Graxo
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Esterificação
H
C
H C
C
H
H
H
H
O
O
O
C
O
O
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H
Ligação Ester
Água
Esterificação
 Isto ocorre 3 vezes para formar um triglicerídeo
Glicerol Ácidos graxos
Variedade de TAGs
 Podem ser compostos por ácidos 
graxos idênticos ou diferentes;
Depósitos de gorduras nas células
a) Gotículas de gorduras nos 
adipócitos;
b) Célula cotiledônia de uma 
semente de planta Arabdopsis.
Corpos oleosos claros
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Fosfoglicerídios
 Ésteres de ácidos graxos;
 Utilizam apenas duas hidroxilas do 
glicerol;
 Grupo substituinte:
 “Cabeça” hidrofílica (polar ou 
carregada);
 “Cauda” hidrofóbica;
 Moléculas anfipáticas.
Fosfolipídeos
 Um ácido graxo pode ser substituído por um grupo fosfato
polar
Glicerol Ácidos Graxos Hidrofóbicos
Fostato
Hidrofílico
Tipos de fosfoglicerídios Esfingolipídios
 Derivados da esfingosina;
 Álcool longo;
 Cadeia de hidrocarboneto 
“conta” como segundo 
ácido graxo;
 Ligação do tipo amida;
 Pode ser fosfolipídio 
(esfingomielinas), ou 
glicolipídio (neutros);
 Glicolipídios: Cerebrosídios
ou gangliosídios
complexidade dos açúcares.
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Fosfatidilcolina e esfingomielina Sinalização celular
 Dependem de 
fosfolipases;
 Liberação das “cabeças 
polares”  segundo 
mensageiro;
 Cauda hidrofóbica 
também pode agir como 
mensageiro;
 Fosfolipases são 
específicas;
 Degradação nos 
lisossomos  defeito leva 
ao acúmulo.
Esteróis
 Confere rigidez à membrana 
plasmática;
 Estrutura planar do núcleo de 
anéis;
 Hidroxila  anfipaticidade;
 Colesterol em animais;
 Stigmasterol em plantas;
 Ergosterol em fungos;
 Precursores de vários hormônios 
esteroides;
 Sais biliares;

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