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Aula 1 Introducao a Bioquimica

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Introdução a Bioquímica
Profa Maria de Lourdes Borba Magalhaes
 Diferentes momentos do estudo da Bioquímica
 1- Introdução à bioquímica: Lógica molecular seres vivos
 Células
 Biomoléculas
 Água
 2 - Estruturas e catálise: aminoácidos – proteínas - enzimas
 carboidratos – polissacarídeos
 lipídeos
 nucleotídeos - 
 3 - Metabolismo: Bioenergética/biossinalização
 Catabolismo: carboidratos, lipídeos, proteínas 
 Anabolismo: carboidratos, lipídeos
 Integração do metabolismo
Bioquímica  estudo da química dos processos vitais dos seres vivos. Estes processos envolvem 2 classes de moléculas:
Macromoléculas
Metabolitos 
HIERARQUIA MOLECULAR NA ORGANIZAÇÃO DAS CÉLULAS
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Biochemistry
Biolog. Nanostructures
Principios de Bioquimica 
Células (unidade basic estrutural dos organismos vivos) são altamente organizadas e uma constante fonte de energia é necessária para manter este estado ordenado. 
 Processos da vida possuem milhares de vias metabólicas. A precisa regulação e integração destas vias são necessárias para a manutenção da vida.
Algumas vias são encontradas em quase todos os organismos ex: glicólise
Todos organismos possuem os mesmos tipos de moléculas: carbohidratos, proteínas, lipídeos e ácidos graxos. 
Instruções para crescimento, reprodução e desenvolvimento de cada organismo esta codificada em seu DNA. 
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Diversidade e semelhança biológica
A semelhança ocorre também a nível de transformações químicas
Glicólise via semelhante em todos os organismos 
Fotossíntese e Oxidação Fosforilativa
O que essas observações sugerem?
O que essas observações sugerem?
Que o seres vivos em nosso planeta tem um ancestral comum.
EVOLUÇÃO !!! 
Adaptação de macromoléculas já existentes a novos papeis em vez da evolução de uma macromolécula totalmente nova.
Evolução bioquímica
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CH4, H2O, NH3, HCN
Como moleculas organicas complexas evoluiram a partir de moleculas mais simples? 
Ureia foi sintetizada ao aquecer cianeto de amonio inorganico em 1828 
Isto demonstrou que compostos encontrados exclusivamente em organismos vivos podem ser sintetizados a partir de substancia inorganicas
Como moleculas organicas complexas evoluiram a partir de moleculas mais simples? 
O experiento de Urey-Miller (1950)
Aminoacidos foram produzidos
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Muitas biomoleculas importantes são polímeros
Biopolimeros - macromoleculas criadas ao juntar moleculas menores (monomeros)
Reação de condensação: junção de monomeros (H2O é removida no processo)
Residuo- cada monomero numa cadeia 
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Característica central de qualquer organismo vivo
Armazenar informação através do DNA
Estrutura Função 
Repetições de 4 bases 
Passagem de informação
O DNA e construído a partir de 4 blocos estruturais
1958 Watson e Crick desvendaram a estrutura 3D do DNA
Porque duas fitas de DNA se associam?
O Dogma Central da Biologia Molecular
Na aula de hoje vamos utilizar o exemplo da molécula de DNA e a formação de dupla fita para explicar a vida com conceitos químicos= BIOQUÍMICA 
Conceitos abordados: química da água, primeira e segunda lei da termodinâmica e química de ácidos e bases.
Ligações químicas
Ligações covalentes
Ligação simples: compartilhamento de um par de elétrons 85 kcal/mol
Ligação dupla: compartilhamento de dois pares de elétrons 175 kcal/mol
Ligações não covalentes
Interação eletrostática
Ponte de hidrogênio 
Interação de Van der Walls
Interação hidrofóbica
Interação eletrostática
E= k q1 q2/D r
Onde E é a energia, q1 e q2 são as cargas dos átomos , r é a distância entre os dois átomos , D é a constante dielétrica e k é uma constante de proporcionalidade
Energia de interação entre dois compostos de cargas opostas na água é de -5,8 kcal/mol, mas quando estes compostos estão presentes em solvente apolar a energia é de -231 kcal/mol.
Pontes de hidrogênio
São interações eletrostáticas. O átomo de hidrogênio é compartilhado por dois átomos eletronegativos, tais como nitrogênio ou oxigênio
Interações de van der Walls
A distribuição de cargas ao redor do átomo varia com o tempo. Essa distribuição induz assimetria complementar no átomo vizinho. São interações fracas.
Propriedades da água
Água é polar  estrutura molecular
Água é coesiva estrutura molecular
Possui o efeito hidrófobo estrutura molecular
Porque/Como as duas fitas de DNA se associam para formar uma fita dupla???
A dupla hélice é uma expressão das regras da química
Forças que se opões à formação da dupla hélice:
Repulsão entre os fosfatos
Diminuída pela alta constante dielétrica da água e pela presença de íons como Na+ ou Mg+ na solução
Formação de pontes de hidrogênio entre as bases 
As pontes de hidrogênio formadas não contribuem para ativar o processo de formação da dupla hélice, mas contribuem para a especificidade na formação da dupla hélice.
O empilhamento das bases favorece a formação de forças de van der Walls entre as bases
O efeito hidrófobo também contribui para a formação da hélice
Muitos processos bioquímicos seguem os mesmos princípios: muitas interações fracas contribuem (favorável ou desfavoravelmente) para o processo como um todo.
Além disso o papel da água e da complementação de superfícies é de extrema importância para as interações entre biomoléculas.
As leis da termodinâmica comandam o comportamento dos processos biológicos
Primeira lei da termodinâmica: a energia total do sistema e sua vizinhança é constante. A energia não pode ser criada nem destruída, mas pode ser transformada.
A primeira lei requer que qualquer energia liberada na formação de energia química tenha de ser usada para quebrar outras ligações, liberada como calor ou armazenada de outra forma.
Segunda Lei da termodinâmica
A entropia do sistema tende a aumentar. A entropia local só pode ser diminuída se a entropia do universo aumentar. 
A diminuição da entropia local em geral é feita pela liberação de calor que aumenta a entropia do meio. 
É liberado calor na formação da dupla hélice
Formação de dupla hélice diminuição da entropia
Conseqüentemente há liberação de calor variação da entalpia do sistema
Os organismos trocam energia e matéria com o meio ambiente: variação de energia livre
Exemplo mecânico
Perda de energia potencial
Trabalho realizado
Um objeto no alto de um plano inclinado apresenta uma certa quantidade de energia potencial devido à sua altura
Quando o objeto desliza para baixo a sua energia potencial de posição pode ser acoplada para realizar uma certa quantidade de trabalho
Durante as transduções metabólicas, a entropia aumenta à medida que diminui a energia potencial das moléculas nutrientes complexas 
Metabolismo: integração entre catabolismo e anabolismo
Formação de pontes de hidrogênio entre as bases 
As pontes de hidrogênio formadas não contribuem para ativar o processo de formação da dupla hélice, mas contribuem para a especificidade na formação da dupla hélice.

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