Biomoléculas e célula (aula1)

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BIOMOLÉCULAS E CÉLULA 
Universidade Estadual do Norte Fluminense 
Centro de Biociências e Biotecnologia 
LQFPP 
Curso: Ciências Biológicas 
 
BIOQUÍMICA 
Estudo das estruturas e das interações entre: 
• os átomos e moléculas 
• as células e organismos vivos 
A bioquímica procura explicar a vida em termos químicos! 
 
O que organismos vivos 
devem apresentar? 
??????? 
BIOQUÍMICA - ÁTOMOS 
Biscoito maizena Macarrão instantâneo 
CROSTA TERRESTRE E CORPO HUMANO 
 
Hidrogênio, carbono, nitrogênio e oxigênio em termos de porcentagem 
correspondem a mais de 99% da massa da maioria das células. 
ELEMENTOS ESSENCIAIS PARA VIDA E 
MANUTENÇÃO DA SAÚDE 
 
Ligação dupla 
Ligação simples 
Carbono pode formar ligações 
simples com átomos de hidrogênio, 
e ligação simples e dupla com 
átomos de oxigênio e nitrogênio. 
 
O carbono tem habilidade de 
formar ligações simples e estáveis 
com outros átomos de carbono. 
Cada átomo de carbono pode 
formar ligações simples com outros 
quatro átomos. 
CARACTERÍSTICAS DO CARBONO 
Dois átomos de carbono também 
podem compartilhar dois ou três 
pares de elétrons, então formam 
duplas ou triplas ligações. 
 
As quatro ligações que o átomo de 
carbono pode fazer adquirem 
arranjo tetraédrico com ângulo de 
109.5 entre as duas ligações. 
CARACTERÍSTICAS DO CARBONO 
Substâncias Animais Plantas 
Água 62% 74% 
Sais Minerais 4% 2,5% 
Carboidratos 6% 18% 
Lipídios 11% 0,5% 
Proteínas 17% 4% 
 * valores médios 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA 
ÁGUA: UM COMPONENTE E SOLVENTE UNIVERSAL 
?????? 
Quando a água congela ela se retrai ou se expande? 
 
O que acontece quando colocamos um cubo de gelo em um copo com água? 
 
Durante o dia o que está mais quente: a água da piscina (ou do mar) ou o 
solo (a areia)? E quando anoitece? 
 
Por que o suor refresca? 
 
Por que alguns animais como insetos conseguem se manter pousados sobre 
a superfície da água? 
 
Por que conseguimos encher um copo com água, até a superfície, sem que 
ela transborde? 
A ÁGUA É O SOLVENTE DA VIDA! 
Banha a célula 
Transporta compostos 
no sangue 
É um meio de transporte de 
moléculas para o meios intra e 
extracelular e entre os 
compartimentos celulares 
Dissipa calor 
Participa de 
reações químicas 
Dissolve compostos 
Controle da temperatura nos 
organismos homeotérmicos 
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE ÁGUA 
A molécula de água possui dois 
átomos de hidrogênio ligados 
covalentemente ao átomo de 
oxigênio. Nesta ligação cada átomo 
de hidrogênio compartilha um par 
de elétrons com o átomo de 
oxigênio. 
 
A geometria da molécula da água é bastante parecida 
com a de um tetraedro, com dois átomos de 
hidrogênio em dois vértices do tetraedro e os 
elétrons nos outros dois vertices, e o oxigênio no 
centro. 
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE ÁGUA 
INTERAÇÕES H2O-H2O 
A natureza dipolar da molécula de água permite 
que ela forme ligações de hidrogênio com outras 
moléculas. 
Cada molécula de água é capaz de se ligar a até 4 
outras moléculas de água ao mesmo tempo. 
ÁGUA X GELO 
Água líquida (temperatura e pressão ambiente): 
Moléculas desorganizadas em contínuo movimento 
pontes de H com ~ 3,4 moléculas 
Gelo (formação de uma rede): 
Moléculas fixas 
Pontes de H com outras 4 moléculas 
ÁGUA X GELO 
CALOR ESPECÍFICO DA ÁGUA 
Calor específico é a quantidade de energia 
necessária para aumentar em 1oC a 
temperatura de 1 grama de uma determinada 
substância. 
 
Uma substância que possui elevado calor 
específico precisa receber muito calor do 
ambiente para que sua temperatura aumente. 
A quantidade de calor necessária 
para aumentar a temperatura de uma 
determinada quantidade de água em 
1oC, eleva em 2oC a temperatura de 
uma mesma quantidade de álcool. 
PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA 
A água apresenta alto ponto de 
fusão, solidificação e ebulição. 
 
A água apresenta também alto 
calor de vaporização. 
TENSÃO SUPERFICIAL 
A tensão superficial é um efeito que 
ocorre na camada superficial de um 
líquido que leva a sua superfície a se 
comportar como uma membrana 
elástica. 
LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO 
ENTRE DIFERENTES MOLÉCULAS 
Álcool e H2O Cetona e H2O 
Pontes de H não são restritas à água. Se formam facilmente entre átomos 
eletronegativos. 
Aceptor de H (O ou N) com um par de elétrons livres 
Doador de H (H ligado covalentemente a outro átomo eletronegativo). 
 
H2O COMO SOLVENTE 
QUAIS COMPOSTOS PODEM SER 
DISSOLVIDOS PELA H2O? 
H2O dissolve apenas aquilo com 
que ela interage 
SOLUTOS POLARES EM H2O 
APOLAR POLAR 
Soluto – Soluto Soluto – H2O 
Cera 
 
Triacilglicerol 
COMPOSTOS APOLARES EM H2O 
COMPOSTOS APOLARES EM H2O 
Compostos apolares não fazem ligações de hidrogênio com a 
água. 
 
 
 
 
 
 
Interferem nas ligações de hidrogênio das moléculas de água 
entre si. 
CLATRATO 
Água - metano 
As moléculas de H2O se organizam ao redor de compostos 
apolares ou de regiões apolares de moléculas como “gaiolas”, 
aprisionando estes compostos. 
EFEITO HIDROFÓBICO(“OIL DROP”) 
14 + 14 = 28 
28 X 2 = 56 
21 + 21 = 42 
SOLUBILIDADE EM ÁGUA – COMPOSTOS 
ANFIPÁTICOS 
SUBSTÂNCIAS ANFIPÁTICAS EM H2O 
POLARIDADE DAS MOLÉCULAS 
Ligações Químicas 
LIGAÇÃO COVALENTE 
 Átomos compartilham elétrons 
LIGAÇÕES COVALENTES COM CARÁTER 
POLAR E APOLAR 
C - H 
 
C = O 
 
H - O 
 
C - N 
 
H - N 
LIGAÇÃO IÔNICA 
 Um átomo “rouba” elétrons de outro 
LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO 
INTERAÇÕES DE VAN DER WAALS 
2 átomos não carregados próximos passam a influenciar um ao outro 
criando um dipolo elétrico transiente de cargas opostas 
FORÇA DAS LIGAÇÕES 
Individualmente fracas 
“EFEITO CUMULATIVO” 
INTERAÇÕES ENTRE MACROMOLÉCULAS 
Unidades estruturais e funcionais de todos os organismos vivos 
 
Existem células de diferentes formas e tamanhos e funções, no entanto existem 
características estruturais comuns a todas elas: 
núcleo, membrana plasmática e citoplasma 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CÉLULAS 
Células procarióticas (pro “antes”; karyon “núcleo”)  ausência de núcleo definido 
e organização interna simples. Procariotos são representados por bactérias 
(eubactérias) e archaea (arquea) 
Células eucarióticas (eu “verdadeiro)  núcleo definido limitado por membrana e 
estrutura interna complexa 
CÉLULAS 
Membrana nuclear e organelas limitadas por membrana 
PRINCIPAL DIFERENÇA ENTRE PROCARIONTE E 
EUCARIONTE? 
 
Componentes Inorgânicos 
formados por moléculas pequenas e com poucos átomos. 
• Água 
• Sais Minerais 
Componentes Orgânicos 
formados por moléculas grandes e muitas vezes complexas, 
o elemento principal é o Carbono 
• Carboidratos 
• Lipídeos 
• Proteínas 
• Ácidos nucleicos 
PRINCIPAIS COMPONENTES QUÍMICOS DAS CÉLULAS 
AS BIOMOLÉCULAS SÃO CONSTITUÍDAS 
POR MÚLTIPLAS FUNÇÕES ORGÂNICAS 
 
As biomoléculas são compostas de carbono 
Ácidos nucléicos 
Carboidratos 
Lipídios Proteínas 
BIOMOLÉCULAS 
 
Limite intra e extra celular! 
COMPONENTES DAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS 
 
A membrana plasmática define o 
limite da célula e é uma barreira a 
livre passagem de íons e compostos 
carregados 
Contém uma variedade de proteínas 
transportadoras e canais iônicos que 
regulam a passagem de moléculas 
através da membrana. 
A superfície da membrana possui 
“antenasmoleculares” bem 
específicas que recebem e 
amplificam sinais do meio externo 
MEMBRANA PLASMÁTICA 
Lipídios são biomoléculas insolúveis em água e muito solúveis em solventes 
orgânicos 
Quais as funções dos lipídios??? 
• Alimento energético 
• Armazenamento altamente concentrado de energia 
• Moléculas sinalizadoras (hormônios) 
• Componentes de membrana 
As quatro principais classes são: 
• Triglicerídeos 
• Fosfolipídios 
• Esterol 
• Glicolipídios 
 
LIPÍDIOS 
Triacilgliceróis (3 Ácidos Graxos + Glicerol) 
contém uma molécula de glicerol e três acidos graxos ligados 
Armazenamento de energia/Metabolismo 
os triacilgliceróis do tecido adiposo são a maior forma de armazenamento de 
energia do organismo 
TRIACILGLICERÓIS 
 
São abundantes em todas as membranas biológicas 
São formados por ácido graxo, fosfato, glicerol e um grupamento 
variável (X) 
Componentes estruturais 
Sinalização celular 
Caráter anfipático 
FOSFOLIPÍDIOS 
Também são conhecidos como glicídeos ou açúcares. 
(CH2O)n é a fórmula mínima daí o nome carboidrato ou "hidratos 
de carbono“ 
Os monossacarídeos são os açúcares simples, “oses” 
Os monossacarídeos são compostos aldeídicos ou cetônicos com 
múltiplas hidroxilas 
 
 
 
CARBOIDRATOS 
Classificaçao por número de unidades: 
 monossacarideos (glicose, frutose, ribose etc…) 
 dissacarideos (sacarose, lactose, maltose, etc…) 
 polissacarideos (amido, glicogenio, etc…) 
 
Lactose 
Glicogenio 
COMO SÃO CLASSIFICADOS OS 
CARBOIDRATOS?? 
 
Fontes de energia / Sinalização Celular 
MONOSSACARÍDEOS 
 
Reserva energética (amido, glicogênio...) 
Alimentos energéticos (glicose,lactose...) 
Intermediários metabólicos 
Elementos estruturais (parede de bactérias e vegetais...) 
 
As “oses” ribose e desoxirribose formam parte do arcabouço estrutural do DNA e RNA 
QUAIS AS FUNÇÕES DOS 
CARBOIDRATOS? 
 
GALACTOSEMIA CLÁSSICA 
Glicose 
GALACTOSEMIA CLÁSSICA 
Material genético 
organizado 
COMPONENTES DAS CÉLULAS 
EUCARIÓTICAS 
 
O núcleo contém o genoma 
É envolto por envelope nuclear (duas camadas de membrana contígua 
ao retículo endoplasmático) 
Local onde ocorrem os processos de replicação do DNA e transcrição. 
 
NÚCLEO 
DNA (ácido desoxirribonucleico) é a biblioteca celular, 
contém todas as informações necessárias para a construção 
das células e dos tecidos de um organismo 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
Cada cadeia de DNA é composta por vários nucleotídeos ligados uns aos outros pelos fosfatos 
As duas cadeias estão ligadas uma à outra pelas suas bases nitrogenadas, por meio de ligação 
de hidrogênio 
A ligação ocorre entre pares de bases específicas 
A citosina liga-se a guanina (3 ligações de hidrogênio) 
A adenina liga-se a timina (2 ligações de hidrogênio) 
 
 
 
ÁCIDOS NUCLEÍCOS 
O DNA e o RNA são macromoléculas constituídas por centenas ou 
milhares de unidades ligadas entre si. 
Essas unidades são chamadas nucleotídeos. 
Cada nucleotídeo é composto por três partes: 
• um grupo fosfato 
• uma pentose 
• uma base nitrogenada 
 
Os nucleotídeos que compoem o RNA sao ribonucleotideos 
Os nucleotídeos que compoem o DNA sao desoxirribonucleotideos 
ÁCIDOS NUCLEÍCOS 
• As quatro bases nitrogenadas do DNA são adenina, citosina, guanina e timina 
• Essas bases são divididas em dois grupos: 
Bases Purínicas- são moléculas formadas por dois anéis: Adenina e Guanina 
Bases Pirimidínicas- são moléculas formadas por um único anel: Timina e Citosina. 
• No RNA a uracila substitui a timina 
 
ÁCIDOS NUCLÉICOS 
Se o açúcar em questão é a RIBOSE, temos um ribonucleosídeo, característico do RNA 
Se o açúcar é a desoxirribose - 1 hidroxila a menos em C2 - temos um desoxirribonucleosídeo, 
característico do DNA. 
 
ÁCIDOS NUCLEÍCOS 
 
O RNA é também uma longa fita de 
nucleotídeos ligados entre si 
A molécula de RNA é constituída por uma 
fita única 
Os nucleotídeos do RNA apresentam 
diferenças com relação aos do DNA: 
  a pentose no RNA é sempre a ribose 
(no DNA é a desoxirribose) 
  o nucleotídeo uracila é exclusivo do 
RNA substituindo a timina 
ÁCIDOS NUCLEÍCOS 
ATP 
ADENOSINA TRIFOSFATO 
 
- DNA: possui a informação, 
é estático 
 
-Fluxo da informação 
 
 
- Expressão da informação 
DOGMA CENTRAL DA 
BIOLOGIA MOLECULAR 
São polímeros de aminoácidos e constituem um grande fração da célula 
As proteínas exercem papéis cruciais em todos os processos biológicos 
Desempenham inúmeras funções: 
• Atividade catalítica (enzimas) 
• Elementos estruturais 
• Transporte 
• Movimento coordenado ( contração muscular…) 
• Imunidade 
• Transmissão de impulsos nervosos… 
PROTEÍNAS 
a 
Grupo ou Cadeia Lateral 
Grupo Amino 
Grupo Ácido 
Cadeia Lateral – varia em tamanho, estrutura, carga elétrica 
 influencia a solubilidade do aminoácido em água 
AMINOÁCIDOS 
 
a a 
Aminoácido 1 Aminoácido 2 
Ligação Peptídica 
Dipeptídeo 
a a 
LIGAÇÃO PEPTÍDICA 
 
Organiza síntese de 
lipídios e proteínas 
COMPONENTES DAS CÉLULAS 
EUCARIÓTICAS 
Local da síntese de proteínas secretadas e de proteínas de membrana (não 
de proteínas que ficam no citosol) 
A ligação de ribossomos fornece ao retículo endoplasmático rugoso sua 
aparência granular 
Quando não existe ligação de ribossomos, o retículo endoplasmático é liso, é 
o local da síntese de lipídios e tem aparência mais tubular que o rugoso 
Nas células especializadas na secreção de proteínas para o espaço extra 
celular, como células pancreáticas que secretam insulina o retículo 
endoplasmático é mais proeminente 
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO 
Processamento e 
Direcionamento das 
proteínas 
COMPONENTES DAS CÉLULAS 
EUCARIÓTICAS 
 
Série de “sacos” achatados perto do núcleo, Essa “pilha de sacos” de Golgi achatados tem 
três regiões definidas: cis, medial e trans. 
A porção cis faceia o retículo endoplasmático rugoso e o núcleo 
A porção trans faceia a membrana plasmática 
E os elementos mediais estão entre essas porções 
COMPLEXO DE GOLGI 
Degradação 
COMPONENTES DAS CÉLULAS 
EUCARIÓTICAS 
 
São organelas ácidas que contém enzimas degradativas encontradas em células animais 
No interior do lisossomo a composição é diferente do citosol que o circunda 
As enzimas lisossômicas (capazes de degradar DNA, RNA, proteínas, lipídios...) funcionam de 
maneira eficiente em pH ácido e são pouco ativas em pH neutro 
Possui inúmeras hidrolases ácidas: 
• Proteases 
• Nucleases 
• Glicosidases 
• Lipases e Fosfolipases 
• Fosfatases e Sulfatases 
 
 
Hepatócitos: mitocôndria ~ 10 dias 
LISOSSOMOS 
Detoxificação 
COMPONENTES DAS CÉLULAS 
EUCARIÓTICAS 
 
Etanol também é oxidado pelo peroxisomo hepático e renal 
Beta-oxidação dos ácidos graxos (junto com as mitocondrias em animais) 
Enzimas que destroem o peróxido de hidrogênio: 
 
 - Catalase 
PEROXISSOMO 
Hepatócitos: mitocôndria ~ 10 dias 
Energia! 
COMPONENTES DAS CÉLULAS 
EUCARIÓTICAS 
 
Cada mitocôndria tem duas membranas, a externa é lisa e a interna tem 
invaginações chamadas cristas (maior área de superfície) 
A membrana interna envolve a matriz (solução aquosa concentrada de enzimas e 
intermediários envolvidos com a produção de energia) 
As mitocôndrias possuem seu próprio DNA, RNA e ribossomos 
A mitocôndria é a principal produtora de ATP, fornecendo energia para célula 
Células de tecidos metabolicamente ativos tem mais mitocôndriasMITOCÔNDRIA 
Estabiliza a 
forma celular 
COMPONENTES DAS CÉLULAS 
EUCARIÓTICAS 
 
Tanto células eucarióticas como procarióticas possuem citoesqueleto (arranjo de proteínas 
fibrosas) que garante estabilidade estrutural, a forma, e ajuda na movimentação da célula. 
É composto por: 
•Microtúbulos - constituídos de polímeros de proteínas tubulina, 
•Microfilamentos – constituídos da proteína actina, 
•Filamentos intermediários – constituído de vimentina,desmina,queratina,etc 
 
CITOESQUELETO 
É uma rede tridimensional interligada em todo o citoplasma, 
formado por vários tipos de filamentos de proteínas que cruzam a 
célula 
Funções: 
• Estabiliza a forma celular 
• Organiza o citoplasma 
• Produz movimento 
 
CITOESQUELETO 
Cada compartimento dentro da célula desempenha uma função 
 Muitas enzimas só funcionam no interior da organela . 
As células podem se tornar especializadas, aumentando componentes 
específicos para cada função 
PORQUE AS CÉLULAS EUCARIÓTICAS 
SÃO DIVIDIDAS EM 
COMPARTIMENTOS? 
HIERARQUIA MOLECULAR NA 
ORGANIZAÇÃO DAS CÉLULAS 
 
BIOQUÍMICA 
 Evolução a partir de um ancestral comum 
com base em informações genéticas e 
bioquímicas