Aula 02 Bioq I 2013-02- Introdução parte 2 de 2 (1)

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UENF, CBB, LQFPP
Prof. Gustavo Rezende
Bioquímica Geral – Estrutura e função de biomoléculas
2ª aula: Introdução, parte 2 de 2
2ª aula: Introdução, parte 2 de 2
Roteiro da aula de hoje:
1) Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
2) Água
3) Ligação forte, ligações fracas e suas forças
4) Ácidos nucléicos: estrutura, função e fluxo de informação gênica
1) Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
a) Fórmula estrutural em perspectiva
Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
a) Fórmula estrutural em perspectiva
para trás do 
plano do papel
para frente do 
plano do papel
Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
a) Fórmula estrutural em perspectiva
b) Modelo bola e bastão: comprimentos das ligações e seus ângulos são mostrados. 
Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
a) Fórmula estrutural em perspectiva
b) Modelo bola e bastão: comprimentos das ligações e seus ângulos são mostrados. 
c) Modelo de espaço cheio: cada átomo é mostrado como o seu respectivo raio de van 
der Walls (que indica o volume ocupado por cada átomo da molécula).
Um conceito importante no estudo de biomoléculas é sobre o arranjo tri-
dimensional dos átomos de uma molécula no espaço, que é a estereoquímica
(estéreo significa espacial)
As duas moléculas acima possuem a mesma fórmula molecular e mesma 
ordem de ligação. No entanto, são moléculas diferentes!
Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
Um conceito importante no estudo de biomoléculas é sobre o arranjo tri-
dimensional dos átomos de uma molécula no espaço, que é a estereoquímica
(estéreo significa espacial)
As duas moléculas acima possuem a mesma fórmula molecular e mesma 
ordem de ligação. No entanto, são moléculas diferentes!
A diferença está na disposição espacial de seus átomos.
Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
2) Água
Água
A água é a substância mais abundante nos seres vivos. Cerca de 70% do 
peso dos organismos é composto de água. Os primeiros seres vivos 
provavelmente se originaram em um ambiente aquoso e as células (menores 
unidades dos seres vivos) são ambientes aquosos.
A água possui propriedade físicas e químicas únicas, que estão intimamente 
relacionadas com a estrutura e função de todas as biomoléculas.
A vida é intimamente relacionada com a água. Logo, a água é o solvente 
universal para sistemas biológicos.
Solvente? É uma substância que dissolve um soluto. O soluto dissolvido no 
solvente forma uma solução (por exemplo: sal de cozinha dissolvido na água).
As propriedades incomuns da água
As propriedades incomuns da água
A água possui pontos de fusão e ebulição e calor de vaporização maior do 
que a maioria dos solventes comuns:
Para entender o porque, vamos olhar a estrutura da molécula de água:
água = H2O
A molécula de água possui uma geometria própria. E a alta eletronegatividade do 
oxigênio faz com que a molécula de água possua dois dipolos elétricos: cada átomo de 
H possui carga positiva parcial (δ+) e o átomo de O possui carga negativa parcial (2δ-) .
Para entender o porque, vamos olhar a estrutura da molécula de água:
A molécula de água possui uma geometria própria. E a alta eletronegatividade do 
oxigênio faz com que a molécula de água possua dois dipolos elétricos: cada átomo de 
H possui carga positiva parcial (δ-) e o átomo de O possui carga negativa parcial (2δ-) .
+ +
-
Pontes de hidrogênio:
A presença dos dipolos faz com que ocorra um atração eletrostática (carga positiva 
atrai carga negativa) entre o oxigênio de uma molécula de água com o hidrogênio de 
outra molécula de água!
Pontes de hidrogênio:
A ligação entre esses dois átomos é chamada de ponte de hidrogênio.
Representação de uma 
ponte de hidrogênio.
A presença dos dipolos faz com que ocorra um atração eletrostática (carga positiva 
atrai carga negativa) entre o oxigênio de uma molécula de água com o hidrogênio de 
outra molécula de água!
Pontes de hidrogênio:
Na água em estado líquido, cada molécula de 
água faz pontes de hidrogênio com uma 
média de 3,4 outras moléculas de água. No 
gelo (água em estado sólido), cada molécula 
de água faz pontes de hidrogênio com 
outras 4 moléculas de água.
Gelo
água 
líquida
Pontes de hidrogênio:
Na água em estado líquido, cada molécula de 
água faz pontes de hidrogênio com uma 
média de 3,4 outras moléculas de água. No 
gelo (água em estado sólido), cada molécula 
de água faz pontes de hidrogênio com 
outras 4 moléculas de água.
Sendo assim, a rede cristalina do gelo ocupa 
um espaço maior do que as mesmas 
moléculas de água em estado líquido.
O gelo é mais leve que a água líquida e, 
portanto, flutua sobre ela.
Água não possui viscosidade!
A existência das pontes de hidrogênio faz com que a água não possua viscosidade*; essa 
é outra característica atípica dessa molécula. Ela de repente passa do estado líquido 
para o sólido.
*A maioria dos líquidos são viscosos, ou seja, podem ser mais ou menos fluídos, como o 
mel ou brigadeiro de panela.
Água possui tensão superficial!
A existência das pontes de hidrogênio também faz com que a água possua tensão 
superficial (coisas conseguem ficar ‘apoiadas’ na água, sem afundar).
Tensão superficial: moléculas de água na superfície formam pontes de hidrogênio mais 
fortes entre elas.
Superfície
Pontes de hidrogênio entre água e outras moléculas
Biomoléculas polares mas não carregadas (como a água) também formam pontes de 
hidrogênio com a água, como é o caso dos açúcares, que se dissolvem na água. 
Compostos contendo grupos alcool, aldeído,cetona e N-H também formam pontes de 
hidrogênio com a água e tendem a ser solúveis em água.
A solubilidade na água está relacionada 
com a capacidade de uma determinada 
molécula conseguir formar pontes de 
hidrogênio com a água!
Pontes de hidrogênio entre outras moléculas
Não é apenas a água que forma pontes de hidrogênio. Elas prontamente se formam 
entre um átomo eletronegativo (geralmente Oxigênio ou Nitrogênio ligados a um 
Hidrogênio) e um átomo de hidrogênio covalentemente ligado a outro átomo 
eletronegativo:
Pontes de hidrogênio entre outras moléculas
Duas pontes de hidrogênio de importância biológica.
Pontes de hidrogênio podem ser mais fortes ou fracas
Interação da água com solutos polares e carregados
A água é então um solvente polar que dissolve boa parte das biomoléculas, que são 
compostos geralmente carregados ou polares.
Compostos que se dissolvem prontamente em água são chamados hidrofílicos (filia = 
afinidade) enquanto compostos não polares (ou “apolares”) não são dissolvidos em água 
e são chamados de hidrofóbicos (fobia = medo, repulsa).
Interação da água com solutos polares e carregados
Água não interage com cera (não polar). 
Molécula anfipática: contém tanto domínios polares quanto não polares.
Interação da água com solutos polares e carregados
Ligação iônica: é quando a diferença de eletronegatividade entres dois átomos é muito 
grande e o átomo mais eletronegativo “rouba” o elétron do átomo menos eletronegativo. 
Isso forma dois íons, o cátion (carregado positivamente) e o ânion (carregado 
negativamente) que se atraem mutuamente.
A água interage eletrostaticamente com íons de sais.
A água dissolve sais como o NaCl ao hidratar e estabilizar os íons Na+ e Cl- e enfraquecer 
a interação eletroestática entre eles, desfazendo assim sua rede cristalina.
A água interage eletrostaticamente com íons de sais.
3) Ligação forte, ligações fracas e suas forças
Ligação forte (covalente) e ligações ‘fracas’ (não covalentes)
No estudo das biomoléculas e suas interações, temos que ter me mente a existência 
de dois tipos de ligações:
1) Ligações covalentes, consideradas‘fortes’.
2) Ligações não covalentes, consideradas ‘fracas’, são de quatro tipo: i) pontes de 
hidrogênio, ii) interações iônicas, iii) interações hidrofóbicas e iv) interações de van 
der Waals.
Vamos entender melhor sobre a força das ligações...
A força das ligações covalentes:
A força de uma ligação covalente depende da 1) eletronegatividade (afinidade por 
elétrons), 2) da distância entre os elétrons e os núcleos participantes e 3) da carga 
nuclear dos átomos participantes.
A força das ligações covalentes:
A força de uma ligação covalente depende da 1) eletronegatividade (afinidade por 
elétrons), 2) da distância entre os elétrons e os núcleos participantes e 3) da carga 
nuclear dos átomos participantes.
A força das ligações covalentes:
A força de uma ligação covalente depende da 1) eletronegatividade (afinidade por 
elétrons), 2) da distância entre os elétrons e os núcleos participantes e 3) da carga 
nuclear dos átomos participantes.
A força das ligações covalentes:
A força de uma ligação covalente depende da 1) eletronegatividade (afinidade por 
elétrons), 2) da distância entre os elétrons e os núcleos participantes e 3) da carga 
nuclear dos átomos participantes.
A energia de dissociação da ligação 
significa a quantidade de energia 
necessária para quebrar essa ligação.
O que significa kJ/mol?
Joule é a unidade de energia no Sistema Internacional de Unidades. 
Antigamente se usava em Bioquímica a caloria como unidade de energia. A relação entre 
essas grandezas é: 1 cal = 4,184 J.
E o que é a caloria: é a quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura 
de 1 grama de água em 1 ºC. 
caloria é a mesma unidade de energia utilizada para cálculo de energia alimentar. Dieta 
diária recomendada: ~ 2.000 kcal.
Voltando: kJ/mol é a unidade de energia por quantidade de material.
1 mol = 6,022 x 1023.
O número de elétrons compartilhados também influencia na força das ligações covalentes.
A força das ligações covalentes:
A força das ligações covalentes:
É preciso muito energia para romper qualquer ligação covalente. É considerada uma ligação 
forte entre os átomos.
Sobre as ligações não covalentes, ‘fracas’:
i) pontes de hidrogênio: já vimos.
ii) interações iônicas: atração de átomos ou moléculas com cargas opostas ou repulsão 
de átomos ou moléculas com a mesma carga.
+
+ +
-
Sobre as ligações não covalentes, ‘fracas’:
iii) interações hidrofóbicas: associação de grupos ou compostos não polares entre sí, 
dentro de meios aquosos. Como a água repele compostos não polares, esses tendem a 
se associar entre si, diminuindo o contato com a água.
Interações hidrofóbicas:
Interações hidrofóbicas:
Interações hidrofóbicas:
Sobre as ligações não covalentes, ‘fracas’:
iv) interações de van der Waals: 
Quando dois átomos não carregados ficam muito próximos as suas nuvens de elétrons 
interagem. Em um átomo, variações aleatórias dos elétrons dentro da nuvem criam um 
dipolo elétrico transiente que induz a criação de outro dipolo elétrico transiente, no 
átomo vizinho. Esses dois dipolos atraem fracamente ambos os átomos.
Essas interações fracas são chamadas interações (ou forças) de van der Waals.
Interações de van der Waals:
Separação de 
carga ao acaso
Dipolo 
transiente
Interações de 
van der Waals
Uma segunda 
molécula
Separação de carga 
induzida pela 
primeira molécula
Resumo das ligações ‘fracas’, não covalentes:
Comparando a energia das ligações covalentes e não covalentes:
Covalentes: 214 - 461 kJ/mol
Interações Hidrofóbicas: < 40 kJ/mol
Ligações Iônicas: 20 kJ/mol
Ligações de Hidrogênio : 12-30 kJ/mol
van der Waals: 0,4 – 4,0 kJ/mol
Em soluções aquosas a 25 ºC a energia térmica presente na solução é equivalente à
energia necessária para romper as ligações fracas. Dessa forma, estas ligações fracas 
se formam e se quebram o tempo todo em uma solução aquosa.
Ligações covalentes são importantes para manter a coesão linear dos átomos 
dentro de uma mesma molécula.
Ligações fracas são importantes na interação e estrutura de diferentes 
biomoléculas. Ajuda na interação entre diferentes moléculas ou diferentes partes 
de uma mesma molécula.
Ué, mas como essas ligações fracas podem ser importantes se elas são... fracas?
Importância das ligações covalentes e ligações fracas:
Elas são fracas individualmente. Mas coletivamente elas tem um efeito cumulativo 
considerável.
Por exemplo, macromoléculas como proteínas, RNA e DNA contém muitos sítios 
potenciais de ligação de pontes de hidrogênio, interações iônicas, hidrofóbicas e de 
van der Waals. E a ação cumulativa de várias pequenas forças de ligações é enorme.
Em resumo:
1) As ligações fracas mantêm a estrutura biológica e determinam as interações 
biomoleculares.
2) O reconhecimento entre biomoléculas é mediado por forças fracas.
3) As ligações fracas restringem os organismos a uma estreita variação de condições 
ambientais.
As ligações fracas são muito importantes:
As ligações fracas são muito importantes:
4) Ácidos nucléicos: estrutura, função e fluxo de informação gênica
O que é DNA mesmo?
Ácido DesoxirriboNucléico (ADN ou DNA).
É um ácido nucléico, assim como o Ácido RiboNucléico (ARN ou RNA).
Ambos são polímeros de nucleotídeos (o que é isso mesmo?)...
Os acidos nucléicos são: DNA e RNA. Eles armazenam e transmitem 
informação genética.
Nucleotídeo: 01 nucleosídeo + 01 a 03 grupos fosfato.
UMP: uridina monofosfato
Nucleotídeo: 01 nucleosídeo + 01 a 03 grupos fosfato.
Nucleosídeo: base nitrogenada + açúcar de 5 carbonos.
UMP: uridina monofosfato
ribose ou 
desoxiribose
do tipo purina 
ou pirimidina
Nucleotídeo: 01 a 03 grupos fosfato + açúcar de 5 carbonos (ribose ou 
desoxiribose) + base nitrogenada.
Nucleotídeo: 01 a 03 grupos fosfato + açúcar de 5 carbonos (ribose ou 
desoxiribose) + base nitrogenada.
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Nucleotídeo: 01 a 03 grupos fosfato + açúcar de 5 carbonos (ribose ou 
desoxiribose) + base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, timina ou 
uracila).
Estrutura geral de nucleotídeos:
Bases púricas e pirimídicas:
Comparando ribonucleosídeos e desoxirribonucleosídeos:
adenosina desoxiadenosina
Comparando ribonucleosídeos e desoxirribonucleosídeos:
adenosina desoxiadenosina
A diferença é no Oxigênio do carbono 2!
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Estrutura do ATP
Estrutura do ATP
Adenosina
Trifosfato
Estrutura geral dos nucleotídeos:
U só existe em RNA, T só existe em DNA.
Vários nucleotídeos unidos formam uma molécula de DNA (ou RNA)
Uma pequena cadeia de DNA e 
RNA mostrando 3 nucleotídeos:
O fosfato ligado ao carbono 5 da 
desoxirribose de um nucleotídeo se liga à
hidroxila ligada ao carbono 3 de outra 
desoxirribose, e assim sucessivamente.
As extremidades livres são chamadas de 5’
e 3’, pois no caso da 5’ temos um grupo de 
fosfato livre ligado ao quinto carbono da 
ribose e no caso da 3’ temos o terceiro 
carbono da ribose livre.
Pareamento de bases, através de pontes de hidrogênio:
A pareia com T (ou U), C pareia com G.
O DNA é uma dupla-fita com estrutura complementar
Nas células eucarióticas, o DNA se associa a proteínas específicas, as 
histonas, que empacota o DNA, embrulhando-o ao redor das histonas... 
O cromossomo é uma estrutura supramolecular que contém o DNA
Os cromossomos estão dentro do núcleo das células eucarióticas
Sendo assim, o núcleo das células contém o genoma do organismo.
O que é genoma? É toda a informação genética codificada por uma célula. 
Fluxo de informação gênica
A sequencia linear do DNA codifica mRNAs que por suavez é traduzido em proteínas
Fluxo de informação gênica
A sequencia linear do DNA codifica 
mRNAs que por sua vez é traduzido em 
proteínas
Fluxo de informação gênica
Uma vez que o mRNA é produzido a partir 
do DNA, a informação presente em sua 
sequência de nucleotídeos é usada para 
sintetizar uma proteína.
A conversão da informação de RNA para 
proteína representa uma tradução da 
informação para uma outra linguagem que 
usa símbolos bastante diferentes. 
Tradução: do RNA à proteína
A sequência de nucleotídeos em uma molécula de mRNA é lida consecutivamente em 
grupos de três. O RNA é um polímero linear de quatro diferentes nucleotídeos, de tal 
forma que existam 4 X 4 X 4 = 64 combinações possíveis de três nucleotídeos (AAA, 
AUA, AUG, etc.). 
Cada grupo de três nucleotídeos consecutivos no RNA é denominado um códon, e cada 
códon especifica ou um aminoácido, ou a finalização do processo de tradução.
A maioria dos aminoácidos estão representados por mais de um códon. Isso significa que o 
código genético é degenerado (mais de um códon codifica o mesmo aminoácido).
Três códons não especificam qualquer aminoácido, mas atuam como sítios de terminação 
(códons de terminação - stop).
O código genético traduz as informações contidas em nucleotídeos para 
uma sequencia de aminoácidos.
Os aminoácidos estão escritos em vermelho, com suas abreviações de 1 ou 3 letras.
Fases de leitura:
Em princípio, uma sequência de RNA 
pode ser traduzida em qualquer uma de 
três diferentes fases de leitura, 
dependendo onde se inicia o processo de 
tradução.
A leitura contínua de códons cria a 
conceito da fase de leitura (reading
frame no inglês).
Em eucariotos, há um “sinal de alerta” especial no início de cada mensagem do RNA que 
posiciona a fase de correta no início da síntese da proteína. Esse “sinal de alerta” é um 
AUG, que codifica a metionina inicial de todas as proteínas de eucariotos.
Porém, somente uma das três possíveis 
fases de leitura em um mRNA codifica 
a proteína correta.