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VETWEB AVA Aula 1 - Introdução à Bioquímica Prof. Dr. Adriano França da Cunha Sumário 1 - Introdução à bioquímica 2 - Estrutura dos seres vivos 3 - Elementos químicos 4 - Constituintes bioquímicos: água e carboidratos 5 - Constituintes bioquímicos: lipídios 6 - Constituintes bioquímicos: proteínas e enzimas 7 - Constituintes bioquímicos: nucleotídeos, vitaminas e sais minerais Nesta aula, veremos os conceitos e a importância da bioquímica para a medicina veterinária. Estudaremos o surgimento dos elementos químicos, suas ligações e o princípio da química da vida. Conheceremos, também, a estrutura, organização e as funções da matéria viva em termos moleculares, além dos macroelementos e microelementos dos organismos vivos. 1. Introdução à bioquímica Bioquímica é a ciência que busca descrever a estrutura, a organização e as funções da matéria viva em ternos moleculares. Como matéria viva, entende-se tudo aquilo que passa por transformações e se reproduz, isto é, que possui autossuficiência e interage com o meio que o cerca. No âmbito da Medicina Veterinária, o estudo da Bioquímica é a base para a compreensão de inúmeras disciplinas específicas da área, como Reprodução, Nutrição, Clínica de Animais e Inspeção e Tecnologia de Alimentos de Origem Animal. 2. Estrutura dos seres vivos A célula é a unidade de organização dos seres vivos, os quais podem ser unicelulares ou pluricelulares. Nela estão contidos todos os processos metabólicos do organismo, como replicação do DNA, síntese proteica, produção de energia, etc. As células podem ser classificadas como: Célula procariótica (seres menos evoluídos): é mais simples, com estrutura intracelular desorganizada e sem núcleo. Célula eucariótica (seres mais evoluídos): é mais complexa, com estrutura intracelular compartimentalizada em organelas e presença de núcleo. Figura 1 - Representação de uma célula eucariótica e uma célula procariótica. A organização molecular das células obedece a uma hierarquia estrutural na qual, em um primeiro nível, os átomos se arranjam em macroelementos, ou unidades monoméricas, dando origem aos glicídios, lipídios, aminoácidos e nucleotídeos. Estes, por sua vez, se agrupam em macromoléculas, como DNA, proteínas e celulose, que vão formar complexos supramoleculares (cromossomos, membrana plasmática e parede celular), os quais, juntos, formarão a célula e suas organelas. Figura 2 - Hierarquia estrutural da organização molecular celular. Ao se agrupam para desempenharem uma função específica, as células especializadas dão origem aos diferentes tecidos que compõem os diferentes órgãos dos seres vivos. E o conjunto desses órgãos forma o corpo. De acordo com as suas características orgânicas e funcionais, cada ser vivo também é classificado, seguindo-se a seguinte hierarquia: reino > filo > classe > ordem > família > gênero > espécie. 3. Elementos químicos Os primeiros átomos ou elementos químicos surgiram com a criação do espaço-tempo, há 14 bilhões de anos, a partir do Big Bang, e os demais foram sendo formados à medida que o Universo se expandia. A organização desses átomos sob a influência de forças gravitacionais permitiu a criação de estrelas e planetas, bem como de vida sobre a superfície destes. Nesse sentido, a vida na Terra se desenvolveu porque o Sol forneceu energia suficiente para que átomos e moléculas aqui presentes se transformassem em estrutura orgânica (biomolécula) mais complexa: o RNA. Atualmente, são conhecidos 118 elementos químicos (92 naturais e 26 artificiais), os quais foram organizados em uma tabela periódica de acordo com suas características. Deles, apenas 30 são essenciais para a vida, sendo o Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio (N), Fósforo (P) e Enxofre (S) os principais. Os átomos ligam-se uns aos outros para formar moléculas por diferentes mecanismos, que são: As moléculas formadas por meio das ligações podem ser classificadas de acordo com suas funções químicas, sendo exemplos de compostos os álcoois, aldeídos, cetonas, amidas, aminas, etc. 4. Constituintes bioquímicos: água e carboidratos A água é o principal componente dos seres vivos, constituindo de 75% a 85% da sua composição molecular absoluta. Ela é importante para as reações e processos metabólicos e funciona como o meio através do qual os elementos químicos são transportados pelo corpo. Já os carboidratos são os macroelementos mais encontrados na natureza, caracterizando-se por ser a principal fonte de energia celular. Eles estão presentes nas estruturas das células (parede celular) e exercem função informacional, fornecendo sinais de reconhecimento entre as células. Podem ser classificados em: monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. Figura 3 - Os vegetais são fontes de carboidratos. 5. Constituintes bioquímicos: lipídios Os lipídios são gorduras e óleos, os quais são, em sua maioria, insolúveis em água. Promovem a reserva energética do corpo e funcionam como precursores na formação de alguns hormônios, como a testosterona, além de atuarem como constituintes estruturais da célula. Seu armazenamento em excesso desencadeia obesidade e predispõem a enfermidades. Podem ser: fosfolipídios, triglicerídeos, esfingolipídios, ácidos graxos. 6. Constituintes bioquímicos: proteínas e enzimas As proteínas constituem até 72% da composição molecular em massa seca dos seres vivos e são formadas a partir de polímeros de aminoácidos. Possuem como funções o controle da permeabilidade celular, a regulação e concentração de metabólitos, o transporte de outras biomoléculas (ligação) e o controle da expressão gênica, além de atuarem como agentes catalizadores das reações químicas (enzimas) e constituintes da morfologia celular. 7. Constituintes bioquímicos: nucleotídeos, vitaminas e sais minerais Os nucleotídeos formam o material genético (DNA e RNA), os cofatores enzimáticos (NAD, FAD) e as moedas energéticas (ATP, GTP), e ainda participam da síntese proteica. Como formadores dos ácidos nucleicos DNA e RNA, ao efetuarem suas ligações desordenadamente, acarretam patologias genéticas, como mutações e aneuploidias, displasia coxofemoral, cardiomiopatia dilatada, diabetes mellitus, encefalopatia hereditária e deficiência de adesão leucocitária bovina. As vitaminas, por sua vez, são cofatores enzimáticos essenciais para o metabolismo normal, de modo que cada uma participa de determinadas reações dentro do organismo, atuando sobre tecidos específicos. Podem ser lipossolúveis e hidrossolúveis. Já os sais minerais agem na manutenção da pressão osmótica e do equilíbrio ácido-base do corpo, na regulação e formação dos ossos e na contração muscular, além de atuarem também como cofatores enzimáticos. Figura 3 - Ração oferecida a animais de produção enriquecida com vitaminas.