Estudo dirigido 1 Introdução a Bioquimica

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Ministério da Educação
Universidade Federal Rural Da Amazônia-UFRA
Instituto Sócioambiental e dos Recursos Hídricos - ISARH
	
Disciplina Bioquímica
1º estudo dirigido: Introdução a Bioquímica
Existem evidências que sugerem que há quinze bilhões de anos ocorreu o surgimento do universo e que há quatro bilhões de anos ocorreu o surgimento da vida na terra. Explique por que a vida somente surgiu há quatro bilhões de anos.
	A vida demorou a surgir na Terra, visto que, logo após a formação da Terra ainda não haviam condições favoráveis para a existência da vida, como por exemplo, água na forma líquida ou a presença de compostos mais complexos que possibilitariam o surgimento de compostos orgânicos (metano - , Amônia - , etc.)
Diferencie os grupos Eucaria, Bactéria e Arquea.
	O grupo Archaea é representado por organismos geralmente quimiotróficos e procariontes, que não possuem membrana nuclear. Muitos dos representantes são extremófilos, ou seja, habitam lugares extremos – lagos de sais, fontes termais, pântanos altamente ácidos e profundezas do oceano.
	O grupo Bacteria abrange os organismos unicelulares e procariontes que anteriormente eram classificados como eubactérias. Engloba bactérias que causam doenças ao homem e também aquelas encontradas em ambientes como o solo, águas superficiais e os tecidos dos organismos vivos ou em decomposição.
	O grupo Eukarya apresenta apenas organismos eucariontes, isto é, que possuem núcleo delimitado por membrana nuclear. Contém organismos unicelulares, como é o caso dos protozoários; ou multicelulares, como ocorre em animais, fungos e plantas.
O que são organismos aeróbios, anaeróbios e anaeróbios facultativos.
	Nos hábitats aeróbios com suprimento abundante de oxigênio, alguns organismos residentes obtêm energia pela transferência de elétrons das moléculas de combustível para o oxigênio dentro da célula.
	Outros ambientes são anaeróbios, praticamente desprovidos de oxigênio e os microrganismos obtêm energia pela transferência de elétrons para Nitrato (formando ), Sulfato (formando ) ou (formando ).
	Muitos organismos que evoluíram em ambientes anaeróbios são anaeróbios obrigatórios: morrem quando expostos ao oxigênio. Outros são anaeróbios facultativos, capazes de viver com ou sem oxigênio.
O que são organismos fototróficos e quimiotróficos? Dê exemplos.
	Existem duas categorias na classificação com base na fonte de energia:
Fototróficos (do grego trophe, “nutrição”), que captam e usam a luz solar. Ex: plantas e algumas bactérias.
Quimiotróficos, que obtêm sua energia pela oxidação de um combustível químico. Ex: Animais, fungos, maioria das bactérias.
Quais são as características que distinguem os organismos vivos da matéria inanimada?
Alto grau de complexidade química e organização microscópica.
Sistemas para extrair, transformar e utilizar a energia do ambiente
Funções definidas para cada um dos componentes de um organismo e interações reguladas entre eles.
Mecanismos para sentir e responder às alterações no seu ambiente.
Capacidade para se autorreplicar e auto montar com precisão.
Capacidade de se alterar ao longo do tempo por evolução gradual.
O que é bioquímica?
	A bioquímica questiona como as extraordinárias propriedades dos organismos vivos se originaram a partir de milhares de biomoléculas diferentes. Também descreve em termos moleculares as estruturas, os mecanismos, e os processos químicos compartilhados por todos os organismos e estabelece princípios de organização que são a base da vida em todas as suas formas (lógica molecular da vida).
As células compartilham algumas características estruturais. Quais são estas características?
	Células de todos os tipos compartilham algumas características estruturais comuns:
A membrana plasmática, define o contorno da célula, separando seu conteúdo do ambiente.
O volume interno envolto pela membrana plasmática, o citoplasma, é composto por uma solução aquosa, o citosol, e uma grande variedade de partículas em suspensão com funções específicas.
Todas as células têm, pelo menos em algum momento de sua vida, um nucleoide ou núcleo, onde o genoma é replicado e armazenado com suas proteínas associadas.
Quais são as estruturas presentes em células vegetais? Apresente a descrição e a função de cada estrutura.
Cloroplasto: absorve a luz solar e produz ATP e carboidratos
Grânulos de Amido: armazenam temporariamente os carboidratos produzidos na fotossíntese
Tilacoides: locais de síntese de ATP movida pela luz
Parede Celular: dá forma e rigidez, protegendo a célula da intumescência osmótica
Vacúolo: degrada e recicla macromoléculas e armazena metabólicos
Plasmodesma: permite a comunicação entre duas células vegetais
Glioxissomo: contém enzimas do ciclo do glioxilato
Aparelho de Golgi: processa, empacota e envia proteínas para outras organelas ou para exportação
Citoesqueleto: sustenta as células e auxilia no movimento das organelas
Ribossomos: são máquinas de sintetizar proteínas
Núcleo: Contém os genes (cromatina)
Envelope Nuclear: separa a cromatina (DNA + Proteína) do citoplasma
Nucléolo: local da síntese de RNA do ribossomo
Retículo Endoplasmático Rugoso: local de muita síntese proteica
Mitocôndria: oxida os combustíveis para produzir ATP
Membrana Plasmática: separa a célula do meio e regula o movimento dos materiais para dentro e para fora da célula.
Retículo endoplasmático Liso: local de síntese de lipídeos e de metabolismo de fármacos.
Faça uma comparação entre as células bacterianas, animais e vegetais, apresentando as estruturas que estão presentes e ausentes em cada uma delas.
	Célula Vegetal: cloroplasto, grânulos de amido, tilacoides, parede celular, vacúolo, plasmodesma, glioxissomo, aparelho de golgi, citoesqueleto, ribossomos, núcleo, envelope nuclear, nucléolo, retículo endoplasmático rugoso, retículo endoplasmático liso, mitocôndria, membrana plasmática.
	Célula Animal: ribossomo, peroxissomo, citoesqueleto, lisossomos, aparelho de golgi, retículo endoplasmático liso, retículo endoplasmático rugoso, envelope nuclear, membrana plasmática, mitocôndria, nucléolo, envelope nuclear, núcleo, citoesqueleto.
	Célula Bacteriana: ribossomos, parede celular, membrana plasmática, nucleóide, plasmídeo, pili, flagelos.
Defina cromatina, membrana plasmática e parede celular.
	Cromatina é o complexo de DNA (RNA) e proteínas que se encontra dentro do núcleo celular nas células eucarióticas.
	Membrana Plasmática é uma estrutura presente em todas as células, é ela que separa o interior das células do meio externo. Possui uma estrutura constituída basicamente, por lipídeos, proteínas e carboidratos ligados a essas estruturas.
	Parede Celular é um envoltório extracelular presente em todos os vegetais, algumas bactérias, fungos e protozoários. Impossibilita alterações morfológicas dos organismos, em razão de seu caráter semirrígido.
Quais são as características das ligações de carbono?
O carbono pode formar ligações simples, assim como ligações duplas e até ligações triplas.
As quatro ligações simples que podem ser formadas pelo átomo de carbono se projetam a partir do núcleo formando os quatro vértices de um tetraedro, com ângulo de aproximadamente 109,5º entre duas ligações quaisquer e comprimento médio de ligação de 0,154 nm.
A rotação é livre em torno de cada ligação simples, a menos que grupos muito grandes ou altamente carregados estejam ligados aos átomos de carbono. Nesse caso a rotação pode ser limitada.
A ligação dupla é mais curta (cerca de 0,134 nm) e rígida, permitindo somente uma rotação limitada em torno do seu eixo.
Átomos de carbono covalentemente ligados em biomoléculas podem formar cadeias lineares, ramificadas e estruturas cíclicas.
Qual é a importância dos grupos funcionais?
	A maioria das biomoléculas deriva dos hidrocarbonetos, tendo átomos de hidrogênio substituídos por uma grande variedade de grupos funcionais que conferem propriedades químicas específicas à molécula, formando diversas famílias de compostosorgânicos.
	Muitas biomoléculas são polifuncionais, contendo dois ou mais tipos de grupos funcionais, cada qual com suas características físicas e de reação. A “personalidade” química de um composto é determinada pela química de seu grupo funcional e pela sua disposição no espaço tridimensional.
Por que o carbono foi selecionado durante a evolução para compor a maquinaria celular das células?
	A versatilidade de ligação do carbono com outro e com outros elementos foi o principal fator. Nenhum outro elemento químico consegue formar moléculas com tanta diversidade de tamanhos, formas e composição.	
Por que quatro elementos (C, H, O e N) representam em torno de 99% da massa das células?
	Os quatro elementos químicos mais abundantes nos organismos vivos, em termos de porcentagem do total de número de átomos, são hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono. Eles são os elementos mais leves capazes de formar, eficientemente, uma, duas, três e quatro ligações; em geral os elementos mais leves formam ligações mais fortes.
Por que podemos afirmar que uma origem evolucionária comum é compartilhada por todos os organismos?
	A atual compreensão de que todos os organismos têm uma origem evolutiva comum baseia-se, em parte, na observação de que todos compartilham dos mesmos elementos químicos, intermediários e transformações químicas, o que muitas vezes é denominado unidade bioquímica.
Por que a água age como um solvente?
	As biomoléculas polares se dissolvem facilmente em água porque elas podem substituir interações entre as moléculas de água (água-água) por interações energeticamente mais favoráveis entre a água e o soluto (água-soluto). Em contrapartida, as biomoléculas apolares são muito pouco solúveis em água porque elas interferem nas interações do tipo água-água, mas são incapazes de formar interações do tipo água-soluto.
Quais são as estruturas químicas dos grupos funcionais presentes em biomoléculas?
	A maioria das biomoléculas deriva dos hidrocarbonetos, tendo átomos de hidrogênio substituídos por uma grande variedade de grupos funcionais que conferem propriedades químicas específicas à molécula, formando diversas famílias de compostos orgânicos.
Por que a agua é um dipolo elétrico?
	O núcleo do átomo de oxigênio atrai elétrons mais fortemente que o núcleo de hidrogênio (um próton); ou seja, o oxigênio é mais eletronegativo. Isso significa que os elétrons compartilhados estão mais frequentemente nas vizinhanças do átomo de oxigênio do que os de hidrogênio. O resultado desse compartilhamento desigual de elétrons é a formação de dois dipolos elétricos na molécula de água, um ao longo de cada ligação O-H.
O que são substâncias polares, apolares e anfipáticas?
	Substâncias polares são aquelas nas quais há uma diferença de eletronegatividade, e consequentemente deslocamento de carga. Quando se fala em substância polar (hidrofílica) entende-se que essa substância interage com a água.
	Substâncias apolares são aquelas nas quais não há diferença de eletronegatividade. Esse tipo de substância tende a repelir a água (hidrofóbica)
	Substâncias Anfipáticas são aquelas que possuem em sua estrutura química uma parte polar e hidrofílica e outra apolar e hidrofóbica, e que seja capaz de promover a interação entre meios que apresentam polaridade diferente como, por exemplo, água e óleo.
O que são pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, interações iônicas e forças de van der Waals?
	As pontes de hidrogênio se formam prontamente entre um átomo eletronegativo (aceptor de hidrogênio, geralmente oxigênio ou nitrogênio) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a outro átomo eletronegativo (doador de hidrogênio) na mesma molécula ou em outra. Átomos de hidrogênio covalentemente ligados a átomos de carbono não participam de ligações de hidrogênio, porque o átomo de carbono é somente um pouco mais eletronegativo que o hidrogênio e, portanto, a ligação C-H é apenas levemente polar.
	Interações iônicas são aquelas nas quais a água dissolve sais como o NaCl pela hidratação e estabilização dos íons Na+ e Cl-, enfraquecendo as interações eletrostáticas entre eles e, portanto, neutralizando a sua tendência de se associar em uma rede cristalina.
	Interações hidrofóbicas são as forças que mantêm as regiões apolares das moléculas unidas. A força das interações hidrofóbicas não é decorrente de nenhuma atração intrínseca entre as partes apolares. Em parte, é resultado da maior estabilidade termodinâmica que o sistema atinge pela minimização do número de moléculas de água requeridas para envolver as porções hidrofóbicas das moléculas do soluto.
	Forças de Van der Waals são interações fracas que ocorrem quando dois dipolos se atraem fracamente um ao outro, aproximando os dois núcleos. À medida que os dois núcleos se aproximam, as nuvens eletrônicas começam a repelir uma a outra.
Qual é a importância das pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, interações iônicas e forças de van der Waals?
	Ligações de hidrogênio e interações iônicas, hidrofóbicas (do grego, “medo de água”) e de Van der Waals são individualmente fracas, mas coletivamente têm influência significativa nas estruturas tridimensionais de proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos e lipídeos de membranas.
Dê um exemplo de como o conhecimento de Bioquímica pode ser aplicado especificamente na área de Engenharia Ambiental?
	Produção de Etanol de 2ª geração a partir do bagaço da cana-de-açúcar por exemplo. É necessário conhecer as estruturas supramoleculares, macromoleculares e monoméricas, para que se tenha um melhor aproveitamento dos processos que serão utilizados na produção da matéria final, uma vez que, é preciso utilizar um coquetel de enzimas para clivar as ligações da parede celular fazendo com que o açúcar seja liberado e então fermentado.
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Prof. Dr. Reginaldo Alves Festucci Buselli
Bioquímica e Genética Molecular
Universidade Federal Rural da Amazônia (UFRA)
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