Baixe o app para aproveitar ainda mais
Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original
* * Componentes inorgânicos da vida Danilo Arruda Furtado Componentes orgânicos da vida 4 * * Componentes inorgânicos da vida 4 Objetivos: Rever a origem dos átomos e sua diversidade. Rever a origem das moléculas simples e relembrar suas principais propriedades químicas. Questionário: Quais os principais tipos de ligações químicas ? Quais moléculas haviam se formado na Terra primitiva e como a dinâmica do planeta conseguia transformá-las ? Qual a estrutura e as propriedades físicas e químicas da molécula de água ? Porque a água é essencial à vida? O que é pH e qual sua importância para a manutenção da vida? * * Componentes orgânicos da vida 4 Objetivos: Rever a origem das moléculas orgânicas e das macromoléculas. Relembrar suas principais funções das macromoléculas. Questionário: Qual a composição molecular básica das células ? Descreva a estrutura dos ácido graxos, monossacarídeos, aminoácidos e nucleotídeos. Descreva as propriedades funcionais dos lipídeos, carboidratos, proteínas e ácidos nucléicos. * * 1 * * Componentes inorgânicos da vida Danilo Arruda Furtado * * AULA 04 - Pontos principais da parte 1: Origem dos átomos/estrelas e das moléculas/planetas. A existência de uma estrela é um equilíbrio dinâmico entre a força gravitacional, que compele os átomos na direção centrípeta (para o interior), e as explosões resultantes da fusão nuclear que impulsionam os átomos na direção centrífuga (para o exterior). Os átomos surgem nas estrelas que são feitas de átomos. Vários tipos novos de átomos surgem a partir do processo de fusão nuclear: fusão de dois ou mais átomos em um único átomo, maior, com mais prótons. Os demais átomos se originam nas explosões estelares quando sua existência chega ao fim. Os diferentes átomos, portanto, têm uma abundância relativa variada. Ao fim da existência de uma estrela o equilíbrio entre gravidade e explosões nucleares se rompe. Dependendo do tamanho da estrela seu destino final varia: Nas estrelas muito grandes a gravidade vence e o astro se torna um buraco negro. Nas estrelas grandes a gravidade também vence, mas não com força suficiente para transformar a estrela em um buraco negro. Ela explode sua matéria no espaço (supernova tipo II) e seu núcleo se torna uma estrela de nêutrons, do tamanho de uma cidade, que gira impressionantemente rápido e que forma um campo eletromagnético gigantesco. Nas estrelas menores, como o sol, as explosões vencem, ejetando no espaço nuvens de poeira cósmica (nebulosas planetárias). O núcleo da estrela se transforma numa anã branca, do tamanho de planetas. A poeira cósmica espalhada no espaço pela morte de estrelas próximas desencadeou a formação do nosso sistema solar. Os átomos que nos constituem originaram-se, portanto, em uma estrela que já morreu! As “moléculas” surgem nos planetas que são feitas de átomos e “moléculas”. As moléculas pequenas (H2O, CO2, CO, NH4, H2S, N2...) e os retículos cristalinos se originam nos planetas e objetos interestelares por meio de ligações químicas. O termo “Moléculas” é empregado genericamente para designar átomos que fazem ligações químicas. * * Presente Singularidade A Energia Escura confere uma expansão acelerada ao Universo Origem do sistema solar Era Escura Era da Radiação de fundo Era da Inflação Origem da vida (procariotos) Flutuações quânticas Paleozóico Mesozóico Cenozóico 13,7 Bilhões de anos Origem da Terra Primeiras Estrelas multicelularidade mamíferos primatas Origem dos eucariotos Evolução de Aglomerados de matéria, galáxias, estrelas, sistemas planetários, etc. 13,2 Origem da Via Láctea 4,7 4,5 3,8 2,5 0,8 0,4 0,06 13,5 * * A Singularidade é um ponto de massa, densidade ou energia infinitas. A singularidade, se observada ou experimentada, produz o paradoxo da infinita força. Assim, a Singularidade tem uma existência somente matemática, desprovida de existência física. Assim como em um buraco negro, um horizonte de eventos impossibilita o observador de experimentar a Singularidade. Singularidade * * As forças da natureza podem ser descritas por uma única teoria. A Unificação das forças ocorria sob altíssimas energias, como as do início do Universo. Antes da Unificação as forças são indistinguíveis, possuindo simetria. Após o ponto da unificação a simetria é quebrada e as forças atuam de modo distinto. Unificação Forças Universais. Gravitacional Eletrofraca Grande força unificada Supergravidade Forte Eletromagnética Fraca maior energia * * A formação da Matéria é inibida nos primórdios do Universo em virtude de sua colisão com fótons de altíssima energia. A matéria se forma quando dois fótons colidem, mas quando a densidade, a temperatura e a pressão são muito altas, a matéria formada é rapidamente destruída pelo seu encontro com outro fóton de alta energia. Em altíssima temperatura, densidade e pressão a Energia se torna mais estável do que a Matéria Estável Instável Energia Matéria Evolução da matéria * * Evolução da matéria A medida em que o Universo se expande e resfria, a energia se condensa em matéria. Em cada ponto de quebra de simetria surgem novas formas de matéria. Quebra da simetria GUT Quebra da Simetria Eletrofraca * * Produção de Léptons Quando colidem dois fótons de raios-gama (altíssima energia), um par élétron/pósitron é produzido. Energia se converte em massa: E=mc2 Produção de Quarks Após da quebra de simetria GUT, pares de quarks/antiquarks são produzidos em larga escala. 10-35 s 10-35 s * * Origem dos Elétrons e Neutrinos 10-12 s Origem dos Bárions e Mésons 10-6 s Os Bárions (Prótons e Nêutrons ) possuem 3 quarks. Os Mésons possuem 2 quarks * * O estado de equilíbrio se estabelece quando o número de partículas criadas é igual ao número de partículas aniquiladas. Isto porque não há tempo suficiente para que a partícula decaia ou se combine em novas formas antes de colidir com sua antipartícula. Note que, no equilíbrio, o número de partículas e antipartículas deve ser igual. Equilíbrio de partículas * * Todavia existe uma Assimetria no Universo: mais matéria do que antimatéria. Se o número de partículas e antipartículas fosse igual, o resultado seria a aniquilação de toda a matéria. Aniquilação partículas e anti-partículas Fótons Antes Depois Radiação Cósmica de fundo 15 s * * Com a expansão e esfriamento do Universo, os prótons e nêutrons se combinam para formar os núcleos atômicos. Este processo é chamado de Nucleossíntese. Nucleossíntese 30 s Como o núcleo atômico permanece coeso se existe repulsão eletrostática entre as cargas dos prótons ? Através da força forte, que deriva da propriedade de “cor” que os quarks dos prótons e dos nêutrons possuem. Esta força é mediada pelo bóson chamado glúon. * * Em seguida, os núcleos atômicos e os elétrons se combinam para formar o átomo de hidrogênio (o elemento mais abundante: 74%) e o átomo de Hélio (24%). Este processo é chamado de Recombinação. Recombinação 1 min * * Aglomerados de matéria Aglomerados de energia (3 min) Aglomerados de matéria Aglomerados de galáxias 1. Unidade 2. oposição 3. relação 4. reciprocidade * * * * * * * * Galáxia M31 Andrômeda * * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Carbonífero 360 Ma Permiano 295 Ma Jurássico 205 Ma Siluriano 435 Ma Ordoviciano 505 Ma Cambriano 570 Ma Cretáceo 135 Ma Cenozóico 65 Ma Quaternário 1,6 Ma ≈ 100 bilhões de estrelas Diâmetro da Via Láctea 100.000 anos-luz Distância centro-sol 26.000 anos-luz Rotação da galáxia ≈ 435 milhões de anos Sistema Solar A Via-láctea tem seis braços e um buraco-negro central: :ressoam na Terra 13 ondas eletromagnéticas-gravitacionais * * O Sistema Solar se localiza no braço de Órion * * Nebulosas são berçários de estrelas * 1- Origem dos átomos nas estrelas * * Formação dos átomos por fusão nuclear no interior da estrela ancestral do sistema solar, que já explodiu, espalhando seus átomos no espaço. 1- Origem dos átomos nas estrelas * * Tabela periódica 1- Origem dos átomos nas estrelas * * 1- Origem dos átomos nas estrelas Abundância dos elementos químicos no Universo * * Constitutivos: H, C, O Principais: N, P, K Secundários: Mg, S, Ca Funcionais: Na, Cl, V, Cr, Co, Ni Micronutrientes: B, Si, Mn,Fe, Cu, Zn, Mo Requisitos para a origem e manutenção da vida: - Água líquida. - Fontes de energia e de matéria em quantidades adequadas. 1- Origem dos átomos nas estrelas * 1- Origem dos átomos nas estrelas * * Formação de determinados átomos no interior da estrela ancestral do sistema solar e de outros no momento de sua explosão; espalhando-os no espaço e desencadeando a formação do nosso sistema solar. 1- Origem dos átomos nas estrelas * * * * Sírius a Sírius b * * * * * * * * * * Sistema solar em formação Disco de matéria ao redor de uma estrela ajuda a frear sua rotação A gravidade determina a velocidade de rotação e translação,e portanto, o tempo. * * Formação do sistema solar, dos planetas e das moléculas simples (água, gás carbônico, monóxido de carbono, amônia, sulfeto de hidrogênio, nitrogênio molecular...). 2- Origem das moléculas e dos retículos cristalinos por meio de ligações químicas nos planetas e objetos interestelares * * 2 * * AULA 04 - Pontos principais da parte 2: Moléculas e ligações químicas. As ligações químicas determinam a estrutura da substância: Ligações covalentes: compartilhamento de pares de elétrons. Ligações Iônicas: transferência definitiva de elétrons e formação de íons. Ligações metálicas: todos os átomos envolvidos perdem elétrons de suas camadas mais externas, que se deslocam mais ou menos livremente entre eles, formando uma nuvem eletrônica. Pontes de Hidrogênio: produzem um protón (H+), compartilhado entre dois átomos eletronegativos. Interações Hidrofóbicas: grupos não-polares, localizados no interior da molécula, que excluem o contato com a água. Interações de Van Der Waals: a proximidade dos átomos induz flutuações em suas cargas, acarretando em atrações. São simultâneos os processos de formação do sistema solar, dos planetas e das moléculas simples: água, gás carbônico, monóxido de carbono, amônia, sulfeto de hidrogênio, nitrogênio molecular, gás metano... Moléculas pequenas da célula: Água: H2O 70% da célula Pontes de hidrogênio Solvente Íons e Sais minerais: Na+ , Cl-, K+ , Mg+2, HPO4-2, HCO3- Controlam a pressão osmótica: concentração de Ácidos (aceptores de elétrons) e bases (doadores de elétrons). pH: concentração de H+ em solução aquosa. Crítico para a manutenção da vida, pois vários eventos celulares dependem da [H+] Vitaminas: A, D, E, K, C e Complexo B Moléculas orgânicas com funções diversas como: Metabolismo de proteínas, gorduras e carboidratos, proliferação celular (complexo B) Fortalecimento de sistema imunológico, combate radicais livres e a absorção do ferro (C) Combate a radicais livres (A), Calcificação dos ossos (D), antioxidantes (E), Coagulantes (K), * * Ligações covalentes: compartilhamento de pares de elétrons. Ligações Iônicas: transferência definitiva de elétrons e formação de íons. Ligações metálicas: todos os átomos envolvidos perdem elétrons de suas camadas mais externas, que se deslocam mais ou menos livremente entre eles, formando uma nuvem eletrônica. Pontes de Hidrogênio: produzem um protón (H+), compartilhado entre dois átomos eletronegativos. Interações Hidrofóbicas: grupos não-polares, localizados no interior da molécula, que excluem o contato com a água. Interações de Van Der Waals: a proximidade dos átomos induz flutuações em suas cargas, acarretando em atrações. As ligações químicas determinam a estrutura da substância LIGAÇÃO METÁLICA PONTE DE HIDROGÊNIO * * Formação do sistema solar, dos planetas e das moléculas simples água, gás carbônico, monóxido de carbono, amônia, sulfeto de hidrogênio, nitrogênio molecular, gás metano... 2- Origem das moléculas simples por meio de ligações químicas * * 2- Origem das moléculas simples por meio de ligações químicas Diversidade de grupos funcionais nas moléculas orgânicas * * CONSTITUIÇÃO QUÍMICA DO CORPO HUMANO Átomo Quantidade % Massa % H2O Os processos fisiológicos ocorrem exclusivamente em meio aquoso. * * Água: Ligações tipo Pontes de hidrogênio Componentes Inorgânicos das células * * Dissolução de sais (cloteto de sódio) Água: Ótimo solvente de moléculas polares Muitos dos constituíntes das células são polares Componentes Inorgânicos das células * * Ácidos e Bases Um ácido produz H+ Uma base absorve H+ Componentes Inorgânicos das células Concentração de íons H+ e OH- * * pH O pH é uma medida da concentração de prótons (hidrogênio ou íons H+). O controle do pH dentro de certos limites é crítico para a manutenção da vida. Vários eventos celulares, como, por exemplo, a produção de ATP depende da concentração de H+ pH baixo = alta [H+] pH alto = baixa [H+] A água contribui para um pH próximo a 7 no organismo. Concentração de íons H+ e OH- Componentes Inorgânicos * * O pH influencia diversas funções metabólicas,: A carga final das proteínas; A atividade enzimática; As características de fluidez e permeabilidade da membrana celular; A regulação de funções celulares; A pressão osmótica (somatório de cargas no interior das células). A presença de sistemas de tamponamento mantém o pH e o equilíbrio ácido-base das células e do corpo em constante equilíbrio dinâmico. Os tampões mais importantes encontrados no sangue são os sistemas CO2/HCO3- e a Hemoglobina. Outras moléculas que também influenciam neste equilíbrio são o fosfato, a amônia e a albumina. pH Concentração de íons H+ e OH- Componentes Inorgânicos * * Componentes Inorgânicos das células Íons e Sais minerais: - Magnésio, cobre, cobalto, iodo, selênio, molibdênio e zinco. - Mantém a pressão osmótica e o equilíbrio ácido-base da célula (Cl-; Na+ e K+). - Importantes na atividade de certas enzimas. - O fluxo de íons pelas membranas plasmáticas e endomembranas são responsáveis pelo controle do metabolismo (todas as células geram diferenças de potencial elétrico em suas membranas) Abundantes no interior das células Abundantes no meio extracelular No meio extracelular predominam: Na+ e Cl-. Na célula predominam os cátions: K+ e Mg+2 e os ânions : fosfato (HPO4-2) e bicarbonato HCO3-. * * lipossolúveis Hidrossolúveis * * 3 * * Componentes orgânicos da vida Danilo Arruda Furtado * * AULA 04 - Pontos principais da parte 3: Moléculas orgânicas e macromoléculas: lipídeos e carboidratos As células são compostas por água (70%) íons e moléculas (4%) e macromoléculas (26%). As macromoléculas são: Lipídeos (2%); Proteínas (15%); Polissacarídeos (2%); Ácidos nuclêicos (7%). Lipídeos e Membranas plasmáticas Moléculas hidrofóbicas e apolares. Glicerol + ácidos graxos (hidrocarbonetos) Funções: armazenamento de energia, sinalização celular e constituição das membranas celulares Os lipídeos de membrana possuem ma “cabeça” hidrofílica e uma “cauda” hidrofóbica. Tipos encontrados nas células: Triacilgliceróis: reserva de energia. Fosfolipídios: constituintes das membranas celularesu Esfingofosfolipídios: constituintes das membranas celulares e sinalização Glicolipídios: constituintes das membranas celulares e sinalização Dolicol: constituintes das membranas celulares Esteróides: constituintes das membranas celulares e sinalização hormonal. Membranas plasmáticas Mosaico fluido lipoprotêico (lipídeos e proteínas). Formam micelas, lipossomas ou bicamadas em meio aquoso (polar) graças às propriedades anfipáticas da molécula (parte dela polar, parte apolar). Isolam o meio intracelular do meio extracelular. Carboidratos: monossacarídeos e polissacarídeos São compostos por carbono, oxigênio e hidrogênio. Fonte de energia das células (fotossíntese e respiração). Componentes estruturais das membranas celulares, da parede celular e da matriz extracelular nos multicelulares. Monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos. Os monossacarídeos são monômeros que ligados covalentemente em cadeia por ligações glicosídicas covalentes, formam polímeros chamados polissacarídeos. * * CONSTITUIÇÃO QUÍMICA DAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS: 1 12 500 40 1 1000 3000 50 Proporção Variedade Célula procariótica Íons e pequenas moléculas (4%) Lipídeos (2%) DNA (1%) RNA (6%) Proteínas (15%) Polissacarídeos (2%) Ácidos nuclêicos MACROMOLÉCULAS * * CONSTITUIÇÃO QUÍMICA DAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS: H2O 3% 75% 22% 5% 27% 8% 60% Moléculas grandes Íons e Moléculas pequenas Proteínas Ácidos nuclêicos Carboidratos Lipídeos * * Principais tipos de macromoléculas biológicas. A forma e as propriedades químicas da molécula definem suas funções. CARBOIDRATOS LIPÍDEOS PROTEÍNAS ÁCIDOS NUCLÊICOS Polímeros biológicos * * 1- LIPÍDEOS * * - Componentes Orgânicos: lipídios 1) componentes das membranas celulares. 2) hormônios. Triacilgliceróis : servem como reserva de energia para o organismo. Fosfolipídios: contêm um ou mais resíduos de fosfato. São substâncias anfipáticas constituintes das membranas das células e das lipoproteínas. Esfingofosfolipídios : constituintes das membranas das células Esteróides: componentes das membranas e hormônios (ex: vitamina A) Dolicol: encontra-se na membrana do retículo endoplasmático. Glicolipídios: constituintes das membranas das células. Compostas por carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O) Moléculas hidrofóbicas e apolares: insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos (álcool, benzina, clorofórmio, acetona). * * Os triglicerídeos são utilizados para a produção e armazenamento de energia Adipócitos * * Os fosfolipídeos possuem uma “cabeça” hidrofílica e uma “cauda” hidrofóbica. Componentes Orgânicos: lipídeos * * 1- MEMBRANAS BIOLÓGICAS * Fosfolipídeos, Glicolipídeos e Esteróides Micela Membrana Plasmática Mosaico fluido lipoprotêico Proteínas e lipídeos fluem lateralmente, salvo quando ancorados ao citoesqueleto e/ou à matriz extracelular Lipossoma Bicamada lipídica * * Permeabilidade de membrana e Propriedades funcionais * * 2- MONOSSACARÍDEOS * * Componentes Orgânicos: carboidratos São compostos por carbono, oxigênio e hidrogênio. Principal fonte de energia da célula Constituintes estruturais importantes da membrana celular, da parede celular e da matriz extracelular. Monossacarídeos: açúcares simples. Cn(H2O)n Dissacarídeos: dois monômeros. (Cn(H2O)n)2 Oligossacarídeos: combinações de distintos monossacarídeos (2 a 10 monômeros). Estão ligados a lípideos e proteínas. Polissacarídeos: combinaçções de diversos monossacarídeos pentoses ou hexoses. Ex: (C6H10O5)n Monossacarídeo + Monossacarídeo = Dissacarídeo + Água * * 2- POLISSACARÍDEOS * * Alguns polissacarídeos importantes: Armazenamento de Energia Estruturais * * Os carboidratos são importante fonte de energia para os processos vitais. Estão envolvidos na produção e no armazenamento de energia. * * * * Fotossíntese Fase Clara Ciclo de Calvin Luz Fotossistema II Cadeia Transportadora de Elétrons Fotosistema I Cloroplasto * * 4 * * AULA 04 - Pontos principais da parte 4: Moléculas orgânicas e macromoléculas: proteínas e ácidos nuclêicos. Aminoácidos e Proteínas Aminoácidos Grupo amina NH2 + grupo Ácido carboxílico COOH + Radical variável (diversidade de aminoácidos). Diversidade morfológica e funcional: Aminoácidos hidrofílicos (carregados positivamente ou negativamente) Aminoácidos hidrofilicos (polares, mas não-carregados) Aminoácidos hidrofóbicos (não-carregados) Os aminoácidos são monômeros que ligados covalentemente em cadeia por ligações peptídicas covalentes, formam polímeros chamados proteínas (20 aminoácidos vitais). Proteínas Estrutura molecular Primária (sequência de aminoácidos); Secundária (dobramentos locais); Terciária (dobramentos globais); Quaternária (estrutura multimérica); Supramolecular (aglomerados de proteínas). Funções: Estrutural; Movimento; Transporte; Sinalização; Regulação; Catalítica (enzimas) Enzimas são catalisadores biológicos. aceleram as reações químicas sem sofrer modificações irreversíveis. Atuam à temperatura dos organismos e dentro de limites de pH definidos. Diminuem a energia de ativação (necessária para que a reação química ocorra). Nucleotídeos e Ácidos nuclêicos Nucleotídeos Adenina e Guanina são purinas (dois anéis). Timina, Citosina e Uracila são pirimidinas (um anel) São formados por um grupamento fosfato uma pentose (carboidrato de cinco carbonos: ribose no RNA e desoxirribose no DNA) e uma base nitrogenada (adenina, guanina, timina, citosina ou uracila) Os Nucleotídeos são monômeros que ligados covalentemente em cadeia covalentes, formam polímeros chamados ácidos nuclêicos (DNA e RNA´s). Ácidos nucêicos (DNA e RNA) Guanina pareia com citosina. Adenina pareia com timina ou uracila. O RNA tem fita simples e o DNA tem fita dupla em hélice em virtude do estabelecimento de pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. * * 3- AMINOÁCIDOS * * Aminoácidos Diversidade de aminoácidos * * Diversidade de aminoácidos * * Aminoácidos Proteínas são polímeros de aminoácidos * * 3- PROTEÍNAS * * Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Alfa hélice Lâmina beta * * * * ENZIMAS Enzimas são catalisadores biológicos. Aceleram as reações químicas sem sofrer modificações irreversíveis. Atuam à temperatura dos organismos e dentro de limites de pH definidos. Podem formar (síntese) ou romper (degradação) substratos. * * Enzimas diminuem a energia de ativação (Ea) * * 4- NUCLEOTÍDEOS * Guanina (G) e Citosina (C) Purinas Pirimidinas Adenina (A) e Timina (T) Bases nitrogenadas Paremento das bases se estabelece por pontes de hidrgênio RNA DNA * São formados por três componentes: Uma de cinco bases nitrogenadas (A, G, C, T no DNA e U no RNA) Um carboidrato pentose (deoxirribose no DNA ou ribose no RNA) Um grupo fosfato. Nucleosídeo = Base nitrognada + Pentose Nucleotideo = Base nitrognada + Pentose + grupo fosfato Nucleotídeos Desoxirribose Timina (T) Guanina (G) Citosina (C) Uracila (U) Ribose Adenina (A) 3 2 1 H OH O H H H H CH2 HO 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ OH O OH OH H H H H CH2 1’ 3’ 2’ 4’ 5’ OH HO O P OH O- O- * * * * 4- ÁCIDOS NUCLÉICOS * * DNA RNA * * Estrutura do DNA nucleotídeo O grupo fosfato e o açúcar (hidrofílicos) localizam-se na parte externa da molécula. As bases nitrogenadas (hidrofóbicos) localizam-se na parte interna da molécula. 0,34nm 2nm 3,4nm As duas fitas de DNA são anti-paralelas (pareadas em sentidos opostos). Sulco maior Sulco menor A forma e o volume exatos de cada sulco é determinada pela sequência de pares de base A dupla hélice é unida por duas forças: 1- Pontes de hidrogênio, formadas pelas bases complementares 2- Interações hidrofóbicas, Mantém as bases no interior da hélice. Ligação fosfodiester * * Códons e anticódons O código genético. O genoma. mRNA DNA * * Componentes inorgânicos da vida Danilo Arruda Furtado Componentes orgânicos da vida 5 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
Compartilhar