01_Introdução a Bioquimica

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Bioquímica 
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1 - Introdução à Bioquímica
O que é Bioquímica?
É a química da vida.
É o estudo da vida ao nível químico.
É o estudo das reações químicas que ocorrem em organismos biológicos.
A bioquímica procura entender como a vida existe a partir de moléculas intrinsecamente inanimadas (sem vida).
A bioquímica procura explicar a vida em termos químicos
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Importância da Bioquímica e suas relações com outras disciplinas:
Importância para estudos ambientais:
 processo microbiológicos:
	tratamento de esgotos e resíduos
	bioremediação
	ciclos biogeoquímicos (C, N, S etc.)
 toxicologia e mutagênese
 destino de poluentes
 fotossíntese – tipos de vegetação e adaptação
Bioquímica
Genética
Biologia celular
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Reprodução
Crescimento
Metabolismo
Resposta a estímulos do ambiente/capacidade de mudança
Características que definem a vida: 
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Todo organismo vivo é estruturalmente complexo e altamente organizado.
 
 
PRINCÍPIOS GERAIS E MOLECULARES DA VIDA
- Os organismos vivos são capazes de auto-duplicar e auto-montagem
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Por trás da diversidade biológica existe certa unidade de organização
10 milhões de espécies diferentes – grande diversidade
Todos os seres vivos:
 nos níveis celular e molecular, há um plano de organização unificado
bioquimicamente têm as mesmas estruturas e funções básicas e um mesmo código genético.
Simplifica o entendimento da Bioquímica!
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Subunidades monoméricas
Letras do alfabeto
(26 tipos diferentes) 
Nucleotídeos 
(4 tipos diferentes)
Aminoácidos 
(20 tipos diferentes)
Sequências ordenadas lineares
DNA 
Palavras 
Proteina
Em todos os seres, as macromoléculas são construídas a partir dos mesmos tipos de unidades monoméricas:
-existência de modelos subjacentes comuns. 
-simplicidade básica na estrutura das macromoléculas, apesar dos bilhões de tipos de proteínas existentes em milhões de espécies de seres vivos. 
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- A célula é uma máquina onde ocorrem reações químicas com alto grau de controle e seletividade
Os organismos vivos são capazes de extrair e utilizar energia do seu ambiente
Os processo metabólicos são regulados e ajustados para operar com eficiência e economia
 
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 Como a célula exerce ou alcança alto grau de controle, seletividade e eficiência? 
Mecanismos como:
- enzimas
 compartimentalização
 processamento de informação
As enzimas desempenham papel fundamental neste processo.
 
As enzimas são proteínas especializadas, capazes de catalisar as reações bioquímicos.
 
As reações ocorrem a temperatura constante 
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A matriz da vida é caracterizada por interações fracas em um ambiente aquoso.
 
As interações não covalentes na célula
Quais são os principais tipos?
 
-         interações iônicas;
-         pontes de hidrogênio;
-         interações hidrofóbicas;
-         interações de van der Waals.
 
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Importância das interações não covalentes:
-         estabilizam estruturas tridimensionais de macromoléculas e de estruturas supramoleculares (inclusive a célula!!);
-         são importantes na dinâmica de interações entre moléculas (interações transitórias);
-         são fundamentais para a especificidade das interações
COMO e PORQUE se estas interações são fracas?
- as interações não covalentes estão constantemente se fazendo e desfazendo (são facilmente quebradas pela agitação térmica das moléculas)
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Porque as interações não covalentes:
 	ocorrem apenas a distâncias relativamente curtas;
 	são necessárias diversas interações fracas para gerar uma interação estável entre duas moléculas ou partes de uma mesma molécula;
- 	apenas moléculas com certo grau de complementariedade quanto ao formato são capazes de estabelecer uma interação estável;
- 	o fato de haver sempre uma certa porcentagem de ligações que estão rompidas confere flexibilidade às moléculas biológicas. 
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Complexo mais estável
Complexo menos estável
Interações fracas – ocorrem a distâncias curtas
número de interações determina estabilidade
Complementariedade molecular
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Ligações não covalentes:
Ao contrário de covalentes, estão sendo continuamente formados e quebrados
São suficientemente fortes (em conjunto) para formar e estabilizar estruturas, mas suficientemente fracos para as estruturas serem desfeitas
Não há necessidade de catálise enzimática - energia cinética das moléculas (movimento térmico) 
Interações não covalentes sempre involvem cargas elétricas
Permitem:
 grande flexibilidade estrutural
 especificidade de interações
 interações transientes
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Especificidade:
Anticorpos
 Enzimas 
 Hormonios
 Expressão de genes
Interações moleculares transientes são importantes em:
Enzimas (catálise)
 Regulação de enzimas
 Transporte através de membranas
 Sinalização celular
Mas também pode haver a necessidade de interações irreversíveis
Importantes para determinar a estrutura ou associaçõs em:
- Estrutura de proteinas
- DNA 
- Membranas
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Ponte de hidrogênio 
Altamente direcional – mais forte quando todos os átomos estão em linha
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Forças de Van der Waals – termo usado coletivamente para interações entre átomos muito próximos entre si – flutuações na densidade dos eletrons geram dipolos induzidos.
Não são específicos (podem ocorrer entre qualquer par de átomos) e são as únicas interações que ocorrem entre moléculas não polares.
O posicionamento preciso é um prerequisito para interações de Van der Waals.
Principais características:
1 – atrações de curto alcance
2 – variam quanto a energia de formação da ligação
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Conclusões:
 Importância de moléculas grandes
 Importância de moléculas polares
E qual o papel da água?
Meio para o metabolismo
Solvente de muitos compostos
Calor específico elevado
Reagente ou produto de muitas reações bioquímicas
O meio aquoso favorece as interações não covalentes entre as moléculas – importantes para a complementariedade molecular
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H2O 
SOLVENTE UNIVERSAL
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Líquido
Gelo
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Interações Hidrofóbicas
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Ligação fosfodiéster
Espinha dorsal
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Porque disposição antiparalela?
DNA - Dupla hélice
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Pareamento de bases, disposição antiparalela e, consequentemente, estrutura geral é resultante da:
Otimização de pontes de hidrogênio (com geometria ideal)
Distância constante entre fitas
Quais as vantagens da dupla hélice?
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