Biomoléculas Bioq12014

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Disciplina: 5930232 
Bioquímica I
1
Prof. Rosa dos Prazeres Melo Furriel
Programa Resumido
Estudo de estrutura e função de biomoléculas 
Bioquímica I
2
Estudo de estrutura e função de biomoléculas 
(aminoácidos, peptídeos, proteínas, carboidratos, 
ácidos nucléicos e lipídeos).
https://uspdigital.usp.br/jupiterweb/obterDisciplina?sgldis=5930232&verdis=6
“Explicar as estruturas e as funções 
biológicas em termos químicos”
Bioquímica: utiliza a química para explicar a biologia
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• Purificação de um componente químico
de um ser vivo
• Caracterização química e estrutural
“Biomolécula”
Composição Química dos Organismos vivosComposição Química dos Organismos vivos
Antoine Lavoiser – final sec. XVIII 
• Muito diferente da matéria inanimada 
• Maior complexidade
• Compostos ricos em C, O, N e P
1ª metade sec. XX 
S. cerevisiae 
Músculo animal
glicólise
10 intermediários idênticos
Reações químicas comuns
Origem evolutiva comum
“Universalidade de reações e 
intermediários químicos”
essenciais
Organismos vivos e elementos químicos - 30
Ex: Fe = 0,3% (m/m) de Hb
Ou na função enzimas
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H, O, N, C 99% m/m
Biomoléculas = compostos orgânicos
C ≥≥≥≥ 50% massa seca
�VERSATILIDADE DE LIGAÇÃO
�VARIEDADE DE COMPOSTOS
6
�VARIEDADE DE COMPOSTOS
• cadeias lineares, ramificadas 
ou cíclicas
Alta estabilidade
H-1
O-2, 
N-3 
C-4 ligações
Esqueleto de carbono: linear, ramificado e cíclico
Geometria das ligações do Carbono
Livre rotação
Rotação restrita
Volume
Carga
Tetraédrica
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Todos os átomos no 
mesmo plano
Planar
Grupos funcionais comuns em biomoléculas
Hidroxila
(álcool)
Carbonila
(aldeído)
Carbonila
(cetona)
Carboxila
(ácido)
Fenila
Imidazol
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Conferem reatividade e propriedades químicas específicas
Amido
Amino
Sulfidrila
Fosforila
Fosfoanidrido
Dissulfeto
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Versatilidade do C!!!
1 ou + grupos funcionais
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carreador
As características da biomolécula será determinada pelas 
características químicas dos seus grupos funcionais e suas 
disposições no espaço.
Macromoléculas
• Mr > 10.000
• Polímeros
- até milhões de 
monômeros
• Consumem energia
• Formam complexos 
supramoleculares
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supramoleculares
• Estereoespecíficas
Macromoléculas
Proteína ------- aminoácidos
Ácidos nucléicos ------ nucleotídeos
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Polissacarídeos-------monossacarídeos
Pequenas Biomoléculas comuns a todas as células
100 a 200 moléculas orgânicas com Mr 100 - 500 
Metabólitos primários
Aminoácidos
Nucleotídeos
Açúcares e derivados fosforilados
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Açúcares e derivados fosforilados
Ácidos carboxílicos
Transportadores específicos
Polares ou carregados
Concentração µµµµM a mM
“Presas” na célula ou compartimentos
Metabólitos secundários – específicos para certos tipos 
celulares ou organismos
Ex: Plantas
Pigmentos
Aromas
Quinino
Morfina
Nicotina
Cafeína
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Cafeína
Microorganismos Antibióticos
METABOLOMA
Conformação X Configuração
Conformação: implica em girar uma ligação, sem haver quebra !
É possível converter uma conformação noutra sem clivar ou 
formar ligações químicas, bastando para isso rodar determinadas 
ligações covalentes simples
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Isolamento de 
isômeros 
conformacionais?
Etano Todas as conformações representam a 
mesma molécula
Conformação X Configuração
Configuração: diz respeito à ordem pela qual diferentes 
substituintes estabelecem ligações covalentes a um mesmo átomo 
central. 
Para se mudar uma configuração, é sempre obrigatório clivar 
e formar novas ligações covalentes…
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Portanto, uma configuração diferente é uma molécula 
diferente!
Configurações diferentes:
1) C=C ;
2) Centros quirais.
Isômeros geométricos ou cis-trans
• Propriedades biológicas
• Propriedades químicas e físicas
Isômeros Configuracionais
Biomoléculas e Estereoquímica
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Ácido maleico (cis) Ácido fumárico (trans)
Intermediários do Ciclo do Ácido Cítrico
Separação
Exemplo: 1°evento na detecção de luz visível
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Retina de vertebrados
EnantiômerosC assimétrico
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Quiral: imagens espelho não podem 
ser superpostas
Aquiral
• propriedades químicas idênticas
• propriedades físicas e biológicas diferentes
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Enantiômeros e diastereoisômeros
Enantiômeros Enantiômeros
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Diastereoisômeros
Nº de estereoisômeros = 2n
n= n°de C quiral
Interações estereoespecíficas
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Enzima-substrato
Receptor-Hormônio
Antígeno-Anticorpo
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Menta Cominho
Exemplos de Estereoespecificidade em Sistemas Biológicos
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L-Aspartil-L-fenilalnina metil ester
L-Aspartil-D-fenilalnina metil ester
Doce (Aspartame)
Amargo
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Fundamentos físicos
Organismos vivos realizam trabalho
Energia
Locomoção
Síntese de 
biomoléculas
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reprodução
Como é extraída e utilizada???
Sistema: onde ocorre as reações químicas e estão 
localizados reagentes, produtos e atmosfera imediata;
Universo: sistema + redondezas
Sistema isolado: não troca matéria nem energia c redondezas
Sistema fechado: troca energia, mas não matéria;
Sistema aberto: troca matéria e energia c as redondezas
Organismos vivos são sistemas abertos
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- Estado estacionário dinâmico ≠ Equilíbrio
Ex.: concentrações de glicose e hemoglobina no sangue cte, pois 
velocidade de consumo regula a velocidade de formação
-Manutenção do Estado estacionário dinâmico
REQUER ENERGIA
2°Lei Termodinâmica:
1°Lei Termodinâmica: conservação de energia
Se ocorrer alguma mudança física ou química no 
sistema, o total de energia permanece constante, embora 
a forma de energia possa mudar
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os processos físicos e químicos ocorrem de maneira que 
a aleatoriedade ou que a desordem (entropia) do 
universo (sistema e vizinhanças) aumenta 
continuamente. 
Entropia: expressa a desordem ou aleatoriedade dos 
componentes do sistema químico
Alteração de entropia do sistema: ∆∆∆∆S
∆∆∆∆G = ∆∆∆∆H - T∆∆∆∆S Onde:
∆∆∆∆G é a variação da energia livre ou de Gibbs
(energia capaz de realizar trabalho),
∆∆∆∆H é a variação da entalpia 
(reflete o número e tipo de reação química), 
A primeira e segunda leis combinadas, relacionam as mudanças de
energia que podem ocorrer em uma reação química ou outros processos.
Energia Livre de Gibbs
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(reflete o número e tipo de reação química), 
T é a temperatura (Kelvin) 
∆∆∆∆S é a variação da entropia ocorrida durante a reação 
(desordem do sistema). + mais desordem
Pode-se dizer que ∆∆∆∆H é a energia total do sistema, enquanto 
∆∆∆∆G é disponível para realizar trabalho, ou seja, 
reprodução, crescimento, transporte através de 
membranas, locomoção, etc. 
Uma reação irá ocorrer espontaneamente se a energia livre
diminuir durante a reação (∆∆∆∆G negativo).
“Espontaneamente”, significa dizer que a reação não
necessitará de nenhum acréscimo de energia, para que
ocorra. Irá liberar energia
∆∆∆∆ G < 0 (–) processo espontâneo.
∆∆∆∆ G = 0 (=0) quando o sistema atinge o equilíbrio.
∆∆∆∆ G > 0 (+) processo não espontâneo.
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Glicose + HPO42- Glicose -6-fosfato ∆∆∆∆G0 = 12 kJ (1)
ATP ADP + HPO42- ∆∆∆∆G0 = - 30,5 kJ (2)
Glicose + ATP --------Glicose -6-fosfato + ADP ∆∆∆∆G0 = - 18,5 kJ (3)
Deste modo a primeira reação está acoplada à segunda e a variação de 
energia resultante é negativa.
ATP é o doador de energia livre
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∆∆∆∆G3 = ∆∆∆∆G1+ ∆∆∆∆G2
• Se ∆G for negativo = “Espontânea”,
– a reação não necessitará de acréscimo de energia para ocorrer.
• Relação de ∆∆∆∆G0 e a constante de equilíbrio de uma reação química:
A + B C + D Keq = [Ceq] [Deq]
[Aeq][Beq]
Keq = constante de equilíbrio da reação 
[A], [B], [C] e [D] = concentrações molares de A e B e produtos C e D no equilíbrio.
Keq e ∆∆∆∆G0 são medidas da tendência da 
reação ocorrer espontaneamente
[A], [B], [C] e [D] = concentrações molares de A e B e produtos C e D no equilíbrio.
Gibbs demonstrou que a relação entre energia livre e constante de equilíbrio é:
• Onde,:
• ∆∆∆∆G0 é a variação de energia livre padrão, quando as concentrações de reagentes (A e B) e 
produtos (C e D) forem iguais a 1 mol/L, a pressão igual a 1 atm e o pH =7,0; a 25°C; R é a 
constante dos gases (1,9872 cal/mol.K ou 8,3145 J/mol.K); e T é a temperatura (K), 
Keq= constante de equilíbrio
∆∆∆∆G = ∆∆∆∆G0 + RT ln Keq
No equilíbrio: ∆∆∆∆G= 0 ∆∆∆∆G0 = -RT lnKeq
∆∆∆∆G0 é uma constante característica da reação química
• Keq >>> 1,
• ∆∆∆∆G0 será elevado e negativo,
• ∆∆∆∆G0 negativo a reação estará deslocada à formação dos produtos
(C e D).
Keq e ∆∆∆∆G0 são medidas da tendência da 
reação em ocorrer espontaneamente
Keq = [Ceq] [Deq] 
[Aeq] [Beq]
∆∆∆∆G0 = - RT ln Keq
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• Keq <<< 1,
• ∆∆∆∆G0 será positivo
• ∆∆∆∆G0 positivo, a reação tende à formação dos reagentes (A e B).