fundamentos de bioquimica

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FUNDAMENTOS DE BIOQUÍMICA
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BIOQUIMICA 
Naiara Stefanello
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Fundamentos 
celulares
Fundamentos 
químicos
Fundamentos 
físicos
Fundamentos 
genéticos
Fundamentos 
evolutivos
Bioquímica
ORIGEM DA VIDA
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15 bilhões de anos atrás- surgimento do 
universo 
Elementos mais simples H e he se formaram
Estrelas enormes- novas explosões (energia) 
– fusão de núcleos mais simples em 
elementos mais complexos
Desta forma- bilhões de anos, a terra foi se 
formando na maneira como conhecemos 
hoje.
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MAS QUAIS SÃO ESSAS PROPRIEDADES 
PECULIARES DOS ORGANISMOS VIVOS? 
• ALTO GRAU DE COMPLEXIDADE QUÍMICA E ORGANIZAÇÃO MICROSCÓPICA. 
• SISTEMAS PARA EXTRAIR, TRANSFORMAR E UTILIZAR A ENERGIA DO AMBIENTE
PERMITEM AOS ORGANISMOS CONSTRUIR E MANTER SUAS INTRICADAS ESTRUTURAS,
ASSIM COMO REALIZAR TRABALHO MECÂNICO, QUÍMICO, OSMÓTICO E ELÉTRICO, 
• FUNÇÕES DEFINIDAS PARA CADA UM DOS COMPONENTES DE UM ORGANISMO E
INTERAÇÕES REGULADAS ENTRE ELES
A INTERAÇÃO ENTRE OS COMPONENTES QUÍMICOS DE UM ORGANISMO VIVO É DINÂMICA; 
MUDANÇAS EM UM COMPONENTE CAUSAM MUDANÇAS COORDENADAS OU 
COMPENSATÓRIAS EM OUTRO, COM O TODO MANIFESTANDO UMA CARACTERÍSTICA ALÉM 
DAQUELAS DE SUAS PARTES INDIVIDUAIS.
• MECANISMOS PARA SENTIR E RESPONDER ÀS ALTERAÇÕES NO SEU AMBIENTE. 
• CAPACIDADE PARA SE AUTORREPLICAR E AUTOMONTAR COM PRECISÃO.
• CAPACIDADE DE SE ALTERAR AO LONGO DO TEMPO POR EVOLUÇÃO GRADUAL. 
FUNDAMENTOS CELULARES
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Unidade e diversidades se tornam aparentes mesmo em níveis
celulares.
Menores organismos Células isoladas e são microscópicas
Organismos Multicelulares Muitos tipos de células com forma,
tamanho e função variada.
Apesar das diferenças– TODAS as células compartilham
propriedades fundamentais.
AS CÉLULAS SÃO AS UNIDADES ESTRUTURAIS E
FUNCIONAIS DE TODOS OS ORGANISMOS VIVOS.
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Membrana Plasmática:
Contorno da célula separando seu
conteúdo do ambiente.
Moléculas de lipídeos e proteínas
(Resistente, flexível e hidrofóbica)
Barreira para passagem livre de íons 
inorgânicos e para a maioria de outros 
compostos carregados ou polares.
Proteínas de transporte de membrana
Proteínas receptoras: transmitem sinais para 
o interior da célula
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Volume interno envolto pela membrana:
formado por uma solução aquosa-
grande concentração de partículas
(organelas) em suspensão com funções
específicas.
Enzimas, RNA (aa, nucleotídeos); 
vários metabólitos intermediários; 
coenzimas, íons inorgânicos, 
ribossomos, proteossomos.
Citosol + organelas
CITOSOL: 
Citoplasma
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NÚCLEO
Nucléolo é onde ocorre a 
síntese de RNA.
Poros tem tamanho definido 
para seleção de tamanhos 
de moléculas que o 
atravessam.
Cromatina é o DNA.
Tem enzimas envolvidas na 
replicação do DNA
Eucariotos: O núcleo é envolto 
por uma bicamada – envelope 
nuclear
Procariotos; Sem envelope 
nuclear
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MITOCÔNDRIA
Membrana Interna: 
Enzimas da FO e 
Cadeia transp. De 
elétrons
Apoptose e 
envelhecimento
Genoma –
transmissão 
materna
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Citoplasma: Citoesqueleto – altamente 
dinâmico
Conferem organização e forma para a célula.
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As células constroem estruturas supramoleculares
As estruturas supramoleculares são unidas por interações não covalentes como
ligações de H; interações iônicas; todas com energia menor que a covalente.
As interações fracas estabilizam as estruturas.
FUNDAMENTOS QUÍMICOS
Hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono, que juntos constituem mais 
de 99% da massa das células.
Essenciais à vida → essenciais para a função de proteínas específicas, 
incluindo muitas enzimas. 
Essenciais a 
vida. 
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CARBONO
Átomos de carbono covalentemente ligados em biomoléculas podem formar 
cadeias lineares, ramificadas e estruturas cíclicas. Aparentemente, a versatilidade 
de ligação do carbono com outro carbono e com outros elementos foi o principal 
fator na seleção dos compostos de carbono para a maquinaria molecular das 
células durante a origem e a evolução dos organismos vivos. Nenhum outro 
elemento químico consegue formar moléculas com tanta diversidade de tamanhos, 
formas e composição.
A maioria das biomoléculas deriva dos hidrocarbonetos, tendo átomos de 
hidrogênio substituídos por uma grande variedade de grupo funcionais.
A rotação é livre em torno de cada ligação simples.
O C tem arranjo tetraédrico característico para suas
quatro ligações simples (Versatilidade).
Ligações duplas são mais curtas e não permitem
rotações.
FUNÇÃO ORGÂNICAS NA 
BIOQUÍMICA
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ACETIL COA
ESSAS MOLÉCULAS SÃO 
ENCONTRADAS NA FORMA DE 
MACROMOLÉCULAS
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A ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL É 
DESCRITA PELA CONFIGURAÇÃO E
PELA CONFORMAÇÃO
Compostos contendo carbono 
normalmente existem como 
estereoisômeros, moléculas com 
as mesmas ligações químicas e 
mesma fórmula molecular, mas 
com diferentes configurações. 
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Isomeria Geométrica
Um átomo de carbono com quatro substituintes diferentes é dito
assimétrico, e carbonos assimétricos são chamados de CENTROS
QUIRAIS
Quando estereoisômeros são imagens especulares do outro →
ENANTIÔMEROS
Isomeria Ótica
Os enantiômeros tem propriedades quase idênticas, mas diferem
numa propriedade que é sua interação com a luz polarizada.
As interações entre as biomoléculas é
estereoespecíficacombinação de configuração e conformação
(substrato com sua enzima; hormônio com seu receptor, antígeno
com seu anticorpo).
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FUNDAMENTOS FÍSICOS
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Células e organismos vivos precisam realizar 
trabalho para se manterem vivos e se 
reproduzir. As reações de síntese que ocorrem 
dentro das células, como processos de síntese 
em uma fábrica, exigem o consumo de energia.
Estudar mais no capítulo de 
bioenergética.
A ÁGUA:
5 moléculas de água 
formam um tetraedro.
Dipolos elétricos.
INTERAÇÃO COM OUTRAS 
MOLÉCULAS
Interações fracas em sistemas aquosos:
Lig. de H: Fornece as forças coesivas que fazem da água um líquido a
temperatura ambiente.
As ligações de H não são exclusivas para a molécula de água. Elas se formam entre um
átomo eletronegativo (aceptor de H, O ou N) e um átomo de H ligado covalentemente a
outro átomo eletronegativo (doador de H) na mesma molécula ou em outra.
H FON
SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE
Água é um solvente polar. 
Dissolve biomoléculas, 
geralmente.
Devido as Ligações de 
Hidrogênio
A água dissolve sais como o NaCl pela 
hidratação e estabilização dos íons Na1 
e Cl–, enfraquecendo as interações
eletrostáticas entre eles e, portanto, 
neutralizando a sua tendência de se 
associar em uma rede cristalina
SOLUBILIDADE COM 
MOLÉCULAS ORGÂNICAS
Substancias anfipáticas: são que as 
apresentam a característica de 
possuírem uma região hidrofílica e uma 
região hidrofóbica. 
Não fazem ligações favoráveis 
com a água – substancias 
hidrofóbicas.
Formar micelas. 
Maior estabilidade
Interações hidrofóbicas
Insolubilidade: 
Separação de 
fases.
A ruptura de moléculas de água ordenadas é parte da força motriz para a ligação de 
um substrato polar (reagente) a uma superfície polar complementar de uma enzima: a 
entropia aumenta quando a enzima desloca moléculas de água ordenadas do 
substrato, e o substrato desloca moléculas de água ordenadas da superfície da 
enzima.
A liberação da água fornece a energia para a reação.
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INTERAÇÃO DE VAN DER 
WAALS30
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INTERAÇÕES E BIOQUÍMICA
Mais fracas que as 
ligações covalentes.
Mas o efeito cumulativo 
delas é forte.
Movimento da água- OSMOSE
Movimento daágua através de uma membrana semipermeável 
ocasionado por diferenças na pressão osmótica.
PROPRIEDADES COLIGATIVAS DA 
ÁGUA: SOLUTOS DE TODOS OS TIPOS MODIFICAM ALGUMAS PROPRIEDADES
FÍSICAS DO SOLVENTE.
IONIZAÇÃO DA ÁGUA E DE 
ÁCIDOS E BASES FRACAS
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Se uma das 
concentrações 
for conhecida –
pode-se calcular
Quando ácidos fracos são dissolvidos na água, eles contribuem com um H+ por 
ionização; bases fracas consomem um H+ se tornando protonadas. 
A concentração total dos íons hidrogênio a partir de todas as fontes é 
experimentalmente mensurável, sendo expressa como o pH da solução. 
O pH de uma solução aquosa reflete a
concentração de íons hidrogênio.
Quanto maior a acidez de uma solução,
mais baixo é o pH.
Ácidos fracos se ionizam parcialmente
para liberar um íon hidrogênio, baixando
o pH de uma solução aquosa.
Bases fracas aceitam um íon hidrogênio,
aumentando o pH.
A água é tanto um solvente no qual as
reações metabólicas ocorrem como um
reagente em muitos processos
bioquímicos, incluindo hidrólise,
condensação e reações de oxidação-
redução.
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DISSOCIAÇÃO 
ÂnionCátion
Açúcares e álcoois não se 
dissociam em eletrólitos, mas em 
espécies não carregadas.
Íons e sais em meio aquoso –
célula – se encontram na forma 
dissociada.
Completamente dissociados –
ácidos e bases fortes
Parcialmente dissociados
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MOLÉCULAS IMPORTANTES SÃO 
ACIDAS OU BÁSICAS FRACAS36
Ácidos Orgânicos são ácidos fracos porque 
se dissociam parcialmente. Estabelecendo 
um equilíbrio entre HÁ e o aníon do ácido 
A- + H+
Par conjugado
CH3COOH ↔ CH3COO- + H+
Keq = Ka (constante de ionização)
Tendência do átomo em 
perder o H+
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RELAÇÃO PH, KA E PKA
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Quanto mais forte a tendência de dissociar um próton, Ka, mais forte é o 
acido, menor o pH e menor será o pKa. 
A curva de titulação mostra que um acido e seu par conjugado podem agir como tampão
pKa = - log Ka
A titulação é usada para determinar a quantidade de um ácido em certa solução. 
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SISTEMAS TAMPÃO
Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir a
mudanças de pH quando pequenas quantidades de ácido
(H1) ou base (OH–) são adicionadas. 
Nessa zona, uma dada quantidade 
de H1 ou OH– adicionada ao 
sistema tem muito menos efeito no 
pH que a mesma quantidade 
adicionada fora da zona. Essa zona 
relativamente plana é
a região de tamponamento do par 
tampão ácido acético/ acetato. 
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RELAÇÃO ENTRE PH E 
CONCENTRAÇÃO DE ACIDO E BASE 
CONJUGADA
Tamponamento
Quando se está na 
zona de tamponamento, 
as concentrações de A 
e HÁ são = 0, então o 
pH =pKa
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ÁCIDO CARBÔNICO (H2CO3)
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Manutenção do 
pH fisiológico 
(7,35-7,45) e 
homeostase no 
sangue.
Acido carbônico Bicarbonato
Anidrase
Carbonica
pKa = 3,67 Se o pH aumenta, o acido se converte em bicarbonato.
O sangue pode recolher H1 
do ácido láctico produzido no 
tecido muscular durante um 
exercício vigoroso. 
Alternativamente, ele pode 
perder H1, na protonação do 
NH3 produzido durante o 
catabolismo das proteínas. 
• FUNÇÕES E CARACTERÍSTICAS DO REL E RER E COMPLEXO DE GOLGI?
• O QUE FAZ DO CARBONO O ELEMENTO PREDOMINANTE EM BIOMOLÉCULAS?
• QUE CARACTERÍSTICAS FAZEM DA ÁGUA UM SOLVENTE UNIVERSAL?
• O QUE SÃO ESTEREOISÔMEROS?
• COMO AS REAÇÕES BIOQUÍMICAS ORGANIZARAM-SE EM FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DAS BIOMOLÉCULAS?
• O QUE É UM CARBONO QUIRAL, DÊ EXEMPLO:
• EXPLIQUE POR QUE O ETANOL (CH3CH2OH) É MAIS SOLÚVEL NA ÁGUA QUE O ETANO (CH3CH3).
• QUAL É A BASE CONJUGADA EM CADA UM DOS PARES ABAIXO:
(A) RCOOH, RCOO– (C) H2PO4–, H3PO4
(B) RNH2, RNH31 (D) H2CO3, HCO3
• A ASPIRINA É UM ÁCIDO FRACO COM PKA DE 3,5 (O H IONIZÁVEL É MOSTRADO EM VERMELHO):
ELA É ABSORVIDA PARA O SANGUE PELAS CÉLULAS QUE REVESTEM O ESTÔMAGO E O INTESTINO DELGADO. A 
ABSORÇÃO REQUER A PASSAGEM ATRAVÉS DA MEMBRANA PLASMÁTICA, CUJA VELOCIDADE É DETERMINADA PELA 
POLARIDADE DA MOLÉCULA: MOLÉCULAS CARREGADAS E ALTAMENTE POLARES PASSAM LENTAMENTE, ENQUANTO
MOLÉCULAS HIDROFÓBICAS NEUTRAS PASSAM RAPIDAMENTE. O PH DO CONTEÚDO ESTOMACAL É DE CERCA DE 1,5, E 
O PH DO CONTEÚDO DO INTESTINO DELGADO É DE APROXIMADAMENTE 6. A MAIOR QUANTIDADE DE ASPIRINA NA 
CORRENTE SANGUÍNEA FOI ABSORVIDA NO ESTÔMAGO OU NO INTESTINO DELGADO? JUSTIFIQUE CLARAMENTE
A SUA ESCOLHA.
• O PH DOS FLUIDOS EXTRACELULARES É TAMPONADO PELA RAZÃO ENTRE BICARBONATO E ÁCIDO CARBÔNICO 
SANGUÍNEO. PRENDER A RESPIRAÇÃO PODE AUMENTAR OS NÍVEIS DE CO2 NO SANGUE. QUE EFEITO ISSO
PODE TER NO PH DOS FLUIDOS EXTRACELULARES? EXPLIQUE MOSTRANDO A EQUAÇÃO(ÕES) DE EQUILÍBRIO 
RELEVANTE(S) PARA ESSE SISTEMA TAMPÃO.
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