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Profa. Me. Cinthia Ap. de Andrade Silva aparecidasucro@uems.br BIOQUÍMICA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL UNIDADE UNIVERSITÁRIA DE DOURADOS CURSO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS Fundamentos celulares Fundamentos químicos Fundamentos físicos Fundamentos genéticos Fundamentos evolutivos FUNDAMENTOS DA BIOQUÍMICA INTRODUÇÃO Bioquímica Ciência que estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos. Consiste do estudo da estrutura e função metabólica de componentes celulares e virais, como proteínas (proteômica), enzimas (enzimologia), carboidratos, lipídios, ácidos nucléicos (biologia molecular), entre outros. 3 INTRODUÇÃO 4 Organismos com alto grau de complexidade química e organização macroscópica. Sistemas para extrair, transformar e utilizar a energia do ambiente. Funções definidas para cada um dos componente de um organismo. Mecanismos de sentir e responder às alterações do ambiente. Capacidade de autorreplicação e automontagem precisas. Capacidade de se alterar ao longo do tempo por evolução gradual. FUNDAMENTOS CELULARES 5 Organismos menores - células isoladas – microscópicos. Organismos multicelulares – várias tipo de células diferentes – com formas e funções especializadas. CÉLULAS: Todas as células compartilham características estruturais básicas. MEMBRANA PLASMÁTICA – NÚCLEO OU NUCLEÓIDE – CITOPLASMA 6 Célula Eucariótica Célula Procariótica 7 Célula gram positiva. Célula gram negativa Comparativos entre célula gram + e gram - Plasmídeos TRÊS DOMÍNIOS Filogenia dos 3 domínios da vida. Estrutura da célula eucariótica: Animal e Vegetal Classificação – obtenção de energia ESTRUTURAS SUPRAMOLECULARES 11 FUNDAMENTOS QUÍMICOS 12 99% massas das células: Hidrogênio (H2), oxigênio (O2), Nitrogênio (N2) e carbono (C). Capacidade da hemoglobina de transportar oxigênio – dependente de 4 íons de ferro. Biomoléculas: compostas de moléculas de carbono. Química dos organismos em torno da molécula de carbono. FUNDAMENTOS QUÍMICOS 13 Micromoléculas: Biomoléculas específicas para certos tipos de células/organismos ; Conjunto moléculas pequenas - metabólitos secundários. Ex. cafeínas, nicotinas - em plantas. Conjunto de pequenas moléculas em uma célula – metaboloma. Macromoléculas: Proteínas. Ácidos nucleicos. Polissacarídeos. Síntese de macromoléculas é atividade que mais consome energia. Complexam formando supramoléculas. 14 Estrutura de aminoácidos e proteínas. FUNDAMENTOS QUÍMICOS 15 PROTEÍNAS: Polímeros longo de aa – segunda maior fração da célula. Proteínas que funcionam como enzimas. Proteínas que transportam substâncias específicas. Conjunto das proteínas em funcionamento em uma dada célula = PROTEOMA. ÁCIDOS NUCLEICOS: DNA e RNA Armazenam e transmitem a informação genética FUNDAMENTOS QUÍMICOS 16 POLISSACARÍDEOS: Polímeros de açúcar simples – GLICOSE. Funções de reservatório de combustível com alto valor energético. Componentes estruturais rígidos da PC (plantas e bactérias). Polímeros mais curtos ligados a proteínas e lipídios na superfície da célula servem como sinais celulares. LIPÍDEOS: Insolúveis em água – componentes estruturais da MP, depósito de combustível com alto valor energético, pigmentos e sinais intracelulares. Sequências de subunidades ricas em informações, proteínas e ácidos nucleicos = MACROMOLECULAS INFORMACIONAIS. FUNDAMENTOS QUÍMICOS 17 Interações entre biomoléculas – estereoespecíficas São interações que requerem um exato pareamento complementar entre as moléculas integrantes. Ex: enzimas e proteínas. 18 FUNDAMENTOS FÍSICOS 19 ENERGIA “Movimentos de uma bactéria consomem energia assim como um velocista olímpico”. Células vivas são sistemas abertos, trocando matéria e energia com o meio externo, extraindo e canalizando energia para manter-se no estado estacionário dinâmico – longe de equilíbrio. Energia é obtida do sol ou de combustíveis pela conversão da energia do fluxo de elétrons em ligações químicas no ATP. FUNDAMENTOS FÍSICOS 20 Reações acontecem em 3 tipos de sistemas: Isolado: o sistema não troca matéria e nem energia com o meio. Fechado: Troca energia; mas não troca matéria. Aberto: Troca energia e matéria. Obtém energia do meio. (1) consomem combustíveis químicos. (2) extraem energia pela oxidação/absorvem energia solar. Primeira Lei da Termodinâmica: “...em qualquer mudança química ou física, a quantidade de energia do universo permanece constante, contudo a forma de energia pode mudar”. 21 FUNDAMENTOS FÍSICOS 22 Metabolismo: É a soma de muitas sequencias de reações interconectadas que interconvertem metabólitos celulares. Cada sequência é regulada para suprir o que a célula precisa em um dado momento e para gastar energia somente quando necessário. FUNDAMENTOS GENÉTICOS 23 As informação genética é codificada na sequência linear de quatro tipos de desoxirribonucleotídeos no DNA. A hélice dupla da molécula de DNA contém um molde interno para sua própria replicação e reparo. A sequência linear de aa em uma proteína, que está codificada no DNA pelo gene para aquela proteína, produz a estrutura tridimensional especifica da proteína – um processo que depende das condições ambientais. Macromoléculas individuais com afinidade específica por outras macromolécula tem a capacidade de se auto-organizar em complexos supramoleculares. 24 FUNDAMENTOS EVOLUTIVOS 25 Mutações ocasionadas herdadas geram organismos melhor adaptados para sobreviver em um dado nicho ecológico. Esse processo de mutação e seleção é a base da evolução darwiniana que vai da primeira célula a todos os organismos moderno e explica a similaridade fundamental entre todos os organismos vivos. FUNDAMENTOS EVOLUTIVOS 26 Células eucarióticas adquiriram a capacidade de promover a fotossíntese e a fosforilação oxidativa a partir de bactérias endossimbióticas. Em organismo multicelulares, alguns tipos de células diferenciadas se especializaram em uma mais funções essenciais para a sobrevivência do organismo. 27 FUNDAMENTOS EVOLUTIVOS 28 Conhecimentos de sequências completas de nucleotídeos dos genomas do organismos de diferentes ramos da árvore filogenética fornece compreensões mais profundas da evolução e oferece também grandes oportunidades para a medicina humana e para a biotecnologia. Ex. E. coli
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