Aula 01 Bioq I 2015 02 Introdução parte 1 de 2

Prévia do material em texto

UENF, CBB, LQFPP
Prof. Gustavo Rezende (LQFPP, P5, sala 222)
Nota: P1, P2 e P3 e Estudos Dirigidos.
Bioquímica I – Estrutura e função de biomoléculas
Medicina Veternária
Horário: 3ª feira, 08 as 12Hs
e-mail da disciplina: bioquigustavo@gmail.com
senha: Titina2015
Recesso22
Janeiro
Dezembro
26
TópicosDiaMês
Prova Final19
Segundas chamadas12
P305
Recesso29
Lipoproteínas e Vitaminas15
Lipídios I08
P201
Carboidratos II24
Carboidratos I17
Aula prática 0210
Semana Acadêmica03
Novembro
Enzimas27
P120
Peptídeos e Proteínas13
Aula prática 0106
Outubro
pKa, sistema tampão e Aminoácidos29
Água, Estrutura e interações de biomoléculas22
Lógica molecular da vida, ácidos nucléicos15
Setembro
Cronograma, Bioquímica I 2015-02, MedVet, Prof. Gustavo Rezende
1ª aula: Introdução, parte 1 de 2
Roteiro da aula de hoje:
1) O que é a bioquímica? Conceitos básicos e a lógica molecular da vida;
2) Elementos químicos e as biomoléculas;
3) As células, a vida e aspectos evolutivos;
4) Fontes de energia, metabolismo e relações ecológicas;
5) Ácidos nucléicos: estrutura, função e fluxo de informação gênica
O que é a Bioquímica?
É o estudo dos diferentes tipos de biomoléculas e como estas 
interagem entre si e com o meio para conferir as propriedades que 
permitem a existência dos seres vivos.
A bioquímica descreve em termos moleculares as estruturas, 
mecanismos e processos químicos compartilhados pelos organismos e 
provê os princípios organizacionais unificadores que estão por trás da 
vida em todas as suas formas diversas 
A bioquímica estuda a lógica molecular da vida.
Em 1828, o químico alemão Freidrich Wöhler sintetizou acidentalmente uma 
substância orgânica, a uréia – o principal componente da urina – a partir de 
precursores inorgânicos. 
Em 1885, Eduard Büchner descobriu que poderia haver fermentação sem a 
presença de célula íntegra – primeiro prêmio Nobel de Química, em 1907, pela 
obra Der Einfluss des Sauerstoffs auf Gärungen (A influência do oxigênio na 
fermentação) publicado em 1885.
Quando a bioquímica começou?
Uréia
As propriedades das biomoléculas são regidas pelas leis da 
química
“As coisas vivas são compostas de moléculas sem vida.”
(Albert Lehninger)
“Na Química está a lógica do fenômeno biológico.”
(Garrett & Grisham)
Bioquímica num contexto mais amplo:
Biologia
Química
Física
Matemática
“E pra que serve a Bioquímica pra mim que vai trabalhar na área de Veterinária?”
1) Sem Bioquímica (I e II), você não se forma.
2) Conhecendo Bioquímica você terá uma formação melhor. Será importante para 
outras disciplinas (Biologia Celular, Genética, Imunobiologia, Farmacologia, 
etc) e para o seu futuro profissional.
3) Conhecendo Bioquímica você entenderá melhor várias coisas do mundo que o 
cerca...
O que é o colesterol? 
E a gordura trans?
O que significa ômega 3 e 6?
O que são as calorias? 
Introdução à Bioquímica clínica veterinária, 2006
E tipos de sangue, A, B ou 0. O que significa isso?
Vamos começar essa história do início...
A tabela periódica e os elementos químicos:
Como os elementos químicos são formados? Pela fusão de núcleos 
atômicos nas estrelas!
Estrela gigante vermelha
Exemplo de reações 
nucleares que criam isótopos 
ricos em nêutrons
Queima nuclear ocorre nos 
limites entre zonas
Estrela massiva próxima ao 
fim de sua vida tem uma 
estrutura semelhante à
cebola logo antes de 
explodir como uma 
supernova
Quais são os elementos mais abundantes no universo? E no 
corpo humano?
Elementos químicos mais 
abundantes no corpo humano
H, O, C e N perfazem 96% de átomos do corpo humano
Dez elementos mais comuns na Via Láctea, 
estimados por espectroscopia
Elemento Fração de massa em partes por milhão
71 x massa do oxigênio (barra vermelha)
23 x massa do oxigênio (barra vermelha)
Hidrogênio
Hélio
Oxigênio
Carbono
Neônio
Ferro
Nitrogênio
Silício
Magnésio
Enxofre
Hidrogênio
Oxigênio
Carbono
Nitrogênio
Elemento Proporção (por massa)
Que propriedades unificam H, C, O, e N e fazem destes, 
átomos tão apropriados para a química da vida? 
R: A sua habilidade de formar ligações covalentes 
com pares de elétrons compartilhados.
Ligações covalentes entre átomos:
. ..
..
. .
..
. .
.
..
.
Ligações covalentes entre átomos:
Biomoléculas são formadas a partir do carbono
A versatilidade dos tipos de ligação que o carbono pode fazer são 
essenciais para o seu papel em sistemas vivos.
Ligações covalentes carbono-carbono
As quatro ligações simples do carbono 
possuem um arranjo tetraédrico.
Ligações covalentes carbono-carbono
Ligações simples entre carbonos 
possuem liberdade de rotação.
As quatro ligações simples do carbono 
possuem um arranjo tetraédrico.
Ligações covalentes carbono-carbono
Ligações duplas entre 
carbonos são menores e não 
possuem liberdade de rotação.
Ligações simples entre carbonos 
possuem liberdade de rotação.
As quatro ligações simples do carbono 
possuem um arranjo tetraédrico.
Diferentes grupos funcionais com diferentes características químicas compõem as biomoléculas:
4 classes fundamentais de macromoléculas biológicas:
Ácidos nucléicos
Proteínas
Polissacarídeos
Lipídios
4 classes fundamentais de macromoléculas biológicas:
Ácidos nucléicos: DNA e RNA, são polímeros de nucleotídeos. 
Eles, em geral, armazenam e transmitem informação genética.
4 classes fundamentais de macromoléculas biológicas:
Proteínas: São longos polímeros de aminoácidos, constituindo a 
maior parte (em peso seco) das células. Algumas proteínas 
possuem atividade catalítica (enzimas), outras atuam como 
elementos estruturais, receptores de sinal ou 
transportadores; proteínas são as biomoléculas mais versáteis.
Paradigma central da biologia molecular:
O fluxo de informação é unidirecional!
Proteína
RNA
DNA
Proteínas com atividade catalítica (enzimas) 
se encarregam de sintetizar RNA, DNA, 
proteínas, polissacarídeos e lipídios.
Proteína
RNA
DNA
4 classes fundamentais de macromoléculas biológicas:
Polissacarídeos: São polímeros de açúcares simples que podem 
servir como reserva de energia e elementos estruturais 
extracelulares. Também podem carregar informação.
4 classes fundamentais de macromoléculas biológicas:
Lipídios: quase todos são derivados oleosos dos 
hidrocarbonetos, atuam como componentes estruturais das 
membranas biológicas, reservas de energia, pigmentos e 
sinalizadores intracelulares.
4 classes fundamentais de macromoléculas biológicas:
Ácidos nucléicos
Proteínas
Polissacarídeos
Lipídios
Essas 4 classes são todas formadas a partir de subunidades monoméricas 
simples, a partir de reações de condensação.
As três primeiras moléculas são consideradas macromoléculas e os lipídios 
que compõem as membranas, complexos supramoleculares.
As macromoléculas são os principais constituintes da célula:
Com exceção da água, a célula é basicamente formada de proteínas, ácidos nucléicos, 
polissacarídeos e lipídios.
Das biomoléculas para as células:
Célula: unidade microscópica estrutural e funcional dos seres vivos, 
constituída fundamentalmente de material genético, citoplasma e 
membrana plasmática.
Células têm capacidade de: crescer, reproduzir, processar informação, 
responder a estímulos e realizar diversas reações químicas 
Sem as células não há vida! 
O que é um ser vivo?
Quais são as características que distinguem os organismos vivos dos 
objetos inanimados?
1) Alto grau de complexidade e organização.
2) Possuem sistemas para extrair, transformar e usar energiado meio.
3) Mecanismos para sentir e responder às alterações no meio.
4) Capacidade de auto-replicação e auto-organização.
5) Capacidade de evoluir.
6) Reações biológicas ocorrem a temperatura, pressão e pH constantes, 
em um ambiente aquoso.
A célula mais simples: procarioto
Procariotos e eucariotos :
As organelas de eucariotos têm funções específicas
Célula animal
Ribosomos sintetizam 
proteínas
Citoesqueleto suportam a célula e auxilia no 
movimento das organelas e produz movimento
Vesículas de transporte transferem 
lipídios e proteínas entre RE, Golgi
e membrana plasmática
Complexo de Golgi processa, 
empacota e direciona proteínas para 
outras organelas ou para exportar
Retículo endoplasmático liso (REL) é o 
local de síntese de lipídios e 
metabolização de drogas.
Retículo endoplasmático rugoso (RER) é
o local da síntese de muitas proteínas e 
lipídios
Mitocôndria oxida combustíveis 
para produzir ATP. São as “usinas 
de energia” da célula.
Membrana plasmática separa 
a célula do ambiente, regula o 
movimento de substância 
para dentro e para fora da 
célula
Nucléolo é o sítio 
de síntese do RNA 
ribossomal
Núcleo contém os 
genes (cromatinas)
Envelope nuclear separa 
a chromatina (DNA + 
proteínas) do citoplasma
Lisossomos degradam restos 
celulares
Peroxissomos
oxidam ácidos graxos
As organelas de eucariotos têm funções específicas
Complexo de Golgi
Retículo 
endoplasmático 
liso (REL)
Ribosomos Citoesqueleto
Núcleo
Mitocôndria
Membrana plasmática
Retículo 
endoplasmático 
rugoso (RER)
Nucléolo
Célula vegetal
Parede celular de 
célula adjacente
Glioxissomos contém enzimas 
do ciclo do glioxilato
Plasmodesma permite 
passagem entre duas 
células vegetais
Vacúolo degrada e recicla 
macromoléculas, estoca metabólitos
Parede celular dá forma e rigidez; 
protege a células de inchamento 
osmótico
Tilacóides são o local da 
sintese de ATP através da luz
Granulos de amido armazenam 
temporariamente carboidratos 
produtos da fotossíntese
Cloroplastos captam luz solar e 
produzem ATP e carboidratos
Sobre a evolução da vida na Terra:
A célula ancestral deve se assemelhar a um procarioto
Os três domínios da vida
Bacteria + Archaea = “Procariotos”
(não possuem núcleo celular); grupo 
parafilético.
Eukarya = Eucariotos (possuem núcleo celular)
Os três domínios da vida
Archaeas na verdade possuem algumas características parecidas com bactérias (como não 
possuir núcleo celular e organelas) mas também possuem muitas características 
semelhantes a eucariotos.
Bacteria + Archaea = “Procariotos”
(não possuem núcleo celular); grupo 
parafilético.
Eukarya = Eucariotos (possuem núcleo celular)
Os três domínios da vida
Algumas archaeas são extremófilas, outras vivem no oceano, outras no sistema digestório
de ruminantes e humanos. Ao todo, as archaeas podem corresponder a cerca de 20% da 
biomassa terrestre!
Bacteria + Archaea = “Procariotos”
(não possuem núcleo celular); grupo 
parafilético.
Eukarya = Eucariotos (possuem núcleo celular)
Como as outras células surgiram?
Eventos principais na evolução da vida na Terra:
Os três domínios da vida
Suposto ancestral comum a 
todos os organismos existentes
Suposto ancestral comum a Archaea
e Eucariotos
Os três domínios da vida
Os processo bioquímicos são muito similares em quase todas as formas de vida!
Isso se dá devido a origem comum de todos os seres!
“Nada faz sentido na biologia, exceto sob a luz da evolução”
Theodosius Dobzhansky, 1973
A evolução estuda a história da vida e os processos que 
levaram à unidade e à diversidade.
Sobre a origem dos eucariotos multicelulares (o que inclui 
os animais):
Protista
Evolução dos eucariotos e origem dos seres multicelulares:
(Vertebrados) (Maioria dos 
invertebrados)
Ancestral eucarioto
(unicelular)
Protista
organização 
multicelular
Evolução dos eucariotos e origem dos seres multicelulares:
(Vertebrados) (Maioria dos 
invertebrados)
Ancestral eucarioto
(unicelular)
Sobre os seres vivos e suas fontes de energia:
Organismos podem ser 
classificados de acordo com:
1) a fonte de energia (luz solar 
ou compostos químicos oxidáveis) 
e
2) a fonte de carbono usada para 
a síntese de material celular.
Fontes de energia e fontes de carbono:
Os organismos vivos são capazes de extrair energia livre do 
ambiente e utilizá-la para manter suas estruturas sofisticadas sem 
desrespeitar nenhuma lei da termodinâmica.
• Obter energia química pela degradação de nutrientes
• Converter os nutrientes em precursores de macromoléculas
• Organizar as pequenas moléculas em polímeros ou em moléculas complexas
• Formar e degradar moléculas necessárias a funções especializadas das células
O conjunto de reações químicas que ocorrem dentro das células é
chamado de metabolismo e visa:
Os seres vivos, energia e a entropia:
Organismos vivos estão em 
equilíbrio com o meio?
Não. Apenas a morte 
restabelece esse equilíbrio.
E qual é a fonte de energia que 
nos mantém vivos (longe do 
equilíbrio com o meio)?
O sol é a fonte primária de energia para a vida!
O sol é a fonte primária de energia para a vida!
Proteínas
Polissacarídeos
Lipídios
Ácidos Nucléicos
A energia do sol é canalizada para a molécula de ATP que é o “transportador 
universal” da energia metabólica, que mantém os seres vivos.
Nível químico: molécula na 
membrana que envolve a células
Nível celular: células no 
revestimento do estômago
Nível tecidual: camadas de 
tecido na parede do estômago
Nível dos órgãos: o 
estômago
Nível de sistema corporal: o 
sistema digestório
Nível do organismo: o corpo todo
Níveis de organização biológica:
Biosfera
Ecosistema
Comunidade
População
Organismo
Níveis de organização biológica:
Entidade viva 
individual
Grupo de 
organismos de 
um mesmo tipo 
vivendo na 
mesma área
Populações 
que vivem 
juntas em uma 
área definida
Comunidade e 
seus arredores 
não-vivos
A parte da Terra 
que contêm 
todos os 
ecossistemas
Uso da energia do sol: ecologia e bioquímica.
1. Quais são as estruturas químicas e espaciais das biomoléculas?
2. Como as moléculas biológicas interagem?
3. Como as células sintetizam e degradam as moléculas biológicas?
4. Como a energia é conservada e usada pelas células?
5. Quais os mecanismos para organizar as biomoléculas e para coordenar suas 
atividades?
6. Como a informação genética é armazenada, transmitida e expressa?
Apesar da superposição com muitas outras disciplinas, a bioquímica procura 
responder, principalmente, às seguintes perguntas:
Quais são as principais biomoléculas que compõem os seres vivos ?
Que características estruturais elas apresentam?
Onde elas estão presentes?
Quais as funções que elas desempenham? 
Bibliografia: Lehninger - Princípios de Bioquímica.
Disciplina Bioquímica I:
Aminoácidos e Peptídeos
Proteínas
Carboidratos
Lipídeos 
Lipoproteínas
Vitaminas e cofatores
Estrutura e funções de:
Disciplina Bioquímica I:
A lógica molecular da vida,
Bibliografia: Lehninger - Princípios de Bioquímica.
Como as biomoléculas interagem constituindo as vias 
metabólicas e qual o propósito fisiológico destas vias?
Metabolismo
Disciplina Bioquímica II:
Bibliografia: Lehninger - Princípios de Bioquímica.
5) 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 nucléicossão: DNA e RNA. Eles armazenam e transmitem 
informação genética.
Nucleotídeo: 01 nucleosídeo + 01 a 03 grupos fosfato.
UMP: uridina monofosfato
ribose ou 
desoxiribose
do tipo 
purina ou 
pirimidina
Nucleotídeo: 01 nucleosídeo + 01 a 03 grupos fosfato.
Nucleosídeo: base nitrogenada + açúcar de 5 carbonos.
UMP: uridina monofosfato
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.
1
23
4
5
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!
1
23
1
23
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 sua vez são traduzidos em proteínas
Replicação do DNA:
A replicação consiste em produzir 
duas novas moléculas de DNA a 
partir de uma molécula de DNA, 
usada como molde. É o que ocorre 
na mitose.
Fluxo de informação gênica
A sequencia linear do DNA codifica mRNAs que por sua vez são traduzidos em proteínas
Transcrição: formação de uma molécula de mRNA a partir de DNA.
Tradução: formação de uma proteína a partir de mRNA.
E as proteínas “executam” as funções biológicas das células!
Fluxo de informação gênica
Em outras palavras:
Transcrição (formação de mRNA):
DNA
RNA polimerase
Transcrição (formação de mRNA):
DNA
RNA polimerase
Região promotora
A região promotora é essencial para que a transcrição 
seja iniciada.
Transcrição (formação de mRNA):
Transcrição (formação de mRNA):
Transcrição (formação de mRNA):
Transcrição (formação de mRNA):
mRNA
Transcrição (formação de mRNA):
mRNA
Transcrição (formação de mRNA):
Região terminadora
mRNA
Transcrição (formação de mRNA):
mRNA
O mRNA finalizado segue para ser traduzido em sua 
proteína correspondente.
Fluxo de informação gênica
A sequencia linear do DNA 
codifica mRNAs que por sua 
vez são traduzidos 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).
Fases de leitura:
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. 
1ª aula: Introdução, parte 1 de 2
Roteiro da aula de hoje:
1) O que é a bioquímica? Conceitos básicos e a lógica molecular da vida;
2) Elementos químicos e as biomoléculas;
3) As células, a vida e aspectos evolutivos;
4) Fontes de energia, metabolismo e relações ecológicas;
5) Ácidos nucléicos: estrutura, função e fluxo de informação gênica
Correção do Estudo Dirigido (enviado por email), valendo nota:
Roteiro da próxima aula:
1) Estrutura tri-dimensional de biomoléculas
2) Propriedades gerais da água
3) Ionização da água
4) Ligação forte, ligações fracas e suas forças
Para a próxima aula:
e-mail da disciplina: bioquigustavo@gmail.com
senha: Titina2015