Bioquímica Estrut. Aula 1 Visão Geral 1

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Bioquímica Estrutural - Visão Geral
MSc Fábio Cáuper
Bioquímica; sua importância e suas aplicações
Tema Conteúdo
Metabolismo 
Intermediário
Identificação dos diferentes tipos de substâncias constituintes dos alimentos e suas transformações no meio interno;
Bioenergética Modo como o organismo obtém, armazena e utiliza a energia necessariamente às suas atividades;
Renovação
Estrutural
Modo como se processa continuamente a renovação químico-molecular do organismo, acompanhando a síntese e a
degradação das substâncias a nível celular;
Homeostasia Regulação do equilíbrio entre o meio interno e externo com emprego de enzimas, vitaminas e hormônios;
Biologia 
Molecular
Continuidade da vida (reprodução, transmissão e expressão das informações genéticas);
Dieta Manutenção da saúde através do suprimento de compostos essenciais, prevenção e controle de moléstias;
Exames 
Laboratoriais
Evidências, avaliação e interpretação das alterações do metabolismo através de exames de sangue, urina, etc;
Medicina
Forense
Estudo da fertilização assistida, disputas de paternidade (DNA); análise de fragmentos humanos para elucidação de
crimes;
Funções 
Específicas
Contração muscular, condução dos impulsos nervosos, permeabilidade das membranas, etc.
As moléculas biológicas surgiram de materiais inorgânicos
Produção abiótica de biomoléculas. 
Aparelhos do tipo utilizado por 
Stanley Miller e Harold Urey
(1953) em experiências que 
demonstram formação abiótica de 
compostos orgânicos nas condições 
da atmosfera primitiva. Após sujeição 
dos conteúdos gasosos da sistema de 
faíscas elétricas, os produtos foram 
recolhidos por condensação. 
Biomoléculas tais como aminoácidos 
estavam entre os produtos.
Complexos sistemas autorreplicantes evoluíram de moléculas simples
Durante um período de evolução química, moléculas orgânicas simples se
condensaram para formar moléculas orgânicas mais complexas ou se
combinaram pelas extremidades como polímeros de unidades repetitivas.
Complexos sistemas autorreplicantes evoluíram de moléculas simples
O pareamento específico entre grupos funcionais complementares permite que o
membro de um par determine a identidade e orientação do outro membro.
Essa complementaridade torna possível uma macromolécula replicar-se, ou copiar
a si mesma, ao comandar a montagem de uma nova molécula a partir de unidades
complementares menores.
Replicação por complementaridade. Neste caso simples, um polímero serve
de molde para a montagem de uma molécula complementar, que, devido à
complementaridade molecular, é uma cópia exata da original.
As células executam reações metabólicas
São muitas as vantagens da compartimentalização. Além de receber alguma
proteção das forças ambientais adversas, um sistema fechado pode manter altas
concentrações locais de componentes que de outro modo se difundiriam para longe.
Substâncias mais concentradas podem reagir mais prontamente, levando a maior
eficiência na polimerização e outros tipos de reações químicas.
As células executam reações metabólicas
Células eucarióticas 
geralmente têm 10 a 100 
mm de diâmetro; por isso, 
têm de mil a um milhão de 
vezes o volume típico das 
procarióticas. O que melhor 
caracteriza
as células eucarióticas não 
é o tamanho, mas a 
profusão de organelas 
envolvidas por membranas.
Dados moleculares revelam três domínios evolutivos de organismos
Relações filogenéticas são melhor 
deduzidas ao se comparar moléculas 
poliméricas – RNA, DNA ou proteína – de 
diferentes organismos
Evolução dos eucariontes através da endossimbiose
Esse diagrama transmite um
sentido de escala entre células
vivas e átomos. Cada painel
mostra uma imagem que é
então aumentada por um fator
de 10 em uma progressão
imaginária a partir de um dedo
polegar, para a pele, para células
da pele, para uma mitocôndria,
passando por um ribossomo e
por último até um grupo de
átomos que fazem parte de uma
das várias moléculas proteicas
em nosso corpo. Os detalhes da
estrutura molecular, como
mostrado nos dois últimos
painéis, estão além do poder de
um microscópio eletrônico.
Qual o tamanho de uma célula, e qual o tamanho das suas partes?
Os organismos podem ser classificados de 
acordo com sua fonte de energia (luz solar ou 
compostos químicos oxidáveis​​) e sua fonte de 
carbono para a síntese de material celular.
1. O equilíbrio com o meio
Os seres 
vivos
Elevado grau de 
complexidade
Capacidade de extrair energia 
do meio ambiente e utilizá-la 
na sua renovação estrutural.
Seres autótrofos –
incorporam diretamente 
a energia solar.
Seres Heterótrofos – recebem 
na forma de nutrientes 
orgânicos.
Noções Básicas Sobre Metabolismo
Noções Básicas Sobre Metabolismo
Desse modo qualquer ser vivo 
permanece em equilíbrio 
dinâmico com o meio, 
retirando as substâncias 
(alimento), transformando-as 
em matéria igual a si próprio 
(metabolismo) e devolvendo 
os produtos da degradação 
(excreção).
Também serve para 
fornecer as 
moléculas essenciais 
ao crescimento, 
regeneração dos 
tecidos e renovação 
das estruturas.
A energia é, então 
extraída dos 
alimentos e 
empregada para 
realizar trabalho, 
locomoção, 
transporte, etc.
Os seres 
vivos
1. O equilíbrio com o meio
2. Organização molecular dos seres vivos
Açúcares (carboidratos) e 
gorduras (lipídios) 
relacionados com o 
metabolismo energético
Ácidos 
nucléicos ou 
moléculas da 
informação.
Compostos 
nitrogenados 
(aminoácidos e 
proteínas) 
relacionados 
com a estrutura 
da célula
Noções Básicas Sobre Metabolismo
Noções Básicas Sobre Metabolismo
3. As reações químicas do metabolismo são catalisadas por enzimas específicas
Metabolismo
Reações orgânicas
são lentas
dada sua 
complexidade e 
tamanho das 
moléculas
Enzimas
catalisam ou 
aceleram as
moléculas 
proteicas. Ao 
contrário das 
proteínas 
estruturais, tem a 
vida muito curta.
são sua produção depende
Das informações 
genéticas contidas 
no DNA.
Noções Básicas Sobre Metabolismo
3. As reações químicas do metabolismo são catalisadas por enzimas específicas
Como as enzimas são específicas para cada reação metabólica, elas frequentemente 
funcionam em sequências
A B C D → etc.
Enzima 1 Enzima 2 Enzima 3
Essas sequências são chamadas vias metabólicas ou rotas do metabolismo. Muitas vias 
estão relacionadas entre si e, no seu conjunto, estão representadas no Mapa 
Metabólico
Alimentos 
fornecedores de 
ENERGIA
•Carboidratos
•Lipídeos
•Proteínas
C
A
TA
B
O
LISM
O
Produtos da excreção 
(pobres em energia)
•CO2
•H2O
•NH3 → Uréia
Energia:
•ATP
•NADH
A
N
A
B
O
LI
SM
O
Macromoléculas
•Polissacarídeos
•Lipídeos
•Proteínas
•Ácidos Nucleicos
Moléculas 
Precursoras
•Aminoácidos
•Açúcares Simples
•Ácidos Graxos
•Bases Nitrogenadas
Noções Básicas Sobre Metabolismo
4. Vias metabólicas de síntese e degradação
Anabolismo
vias de 
síntese
são
Formação de macromoléculas 
e produtos de armazenamento
permitem
Catabolismo
vias de 
degradação
são
Dão como produtos finais os 
materiais a serem excretados
permitem
Noções Básicas Sobre Metabolismo
5
. O
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 c
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o
Proteínas Polissacarídeos Lipídeos Macromoléculas
Aminoácidos Glicose
Glicerol,
Ácidos Graxos
Moléculas
Fundamentais
PIRUVATO
Acetil-CoA
NH3
Uréia
Ciclo da 
Uréia
H2O
Ciclo de 
Krebs
CO2
Produto Comum 
de degradação
Produtos finais do 
catabolismo 
(excreções)
Estágio I
Estágio II
Estágio 
III
Variação de Energia
Depende somentedo estado inicial e do 
estado fina.
Não importam os mecanismos.
Reação Espontânea
(exergônica)
Parte de um nível de energia para um 
outro nível menor de energia.
Reação Endergônica Parte de um nível baixo de energia para um outro nível maior de energia.
Energia
Só ocorre se 
fornecermos
6. Princípios de Termodinâmica
Noções Básicas Sobre Metabolismo
O que determina o valor de ΔG:
-Concentração
-Temperatura
-Natureza química dos reagentes
-Pressão
OBS: Condições padrão ΔG0
Temperatura = 25ᵒC
ATM = 1
Concentração = 1 Molar
pH = 7 → ΔG0’ 
Variação 
de 
Energia
A espontaneidade de uma reação não 
significa que sua velocidade seja alta 
ou baixa.
Variação de Energia de → ΔG
A + B C + D
ΔG -
ΔG +
EN
ER
G
IA A + B C + D
ΔG +
Não é espontânea
EN
ER
G
IA A + B C + D
ΔG -
É espontânea
Membranas
Altera as concentrações das 
substâncias envolvidas para que o ΔG
fique negativo, de acordo com 
interesse da célula.
A + B C + D
ΔG -
ΔG +
ΔG = 0
Reação atinge o equilíbrio.
A velocidade nos dois sentidos é igual.
4A 8B
EQUILÍBRIO
4A 8B
EQUILÍBRIO
Condição I
8A 4B
ΔG Muito Negativo
6A 6B
ΔG NegativoCondição II
4A 8B
ΔG ZeroCondição III
2A 10B
ΔG Positivo
Condição III
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
Algumas conversões de energia nos organismos vivos
(a) Viver extrair energia de seus arredores;
(b) converter algumas moléculas em formas úteis de
energia para produzir trabalho;
(c) devolver um pouco de energia ao ambiente como o
calor;
(d) Liberação de moléculas do produto final que estão
menos bem organizado do que o combustível de
partida, aumentando o entropia do universo.
Um dos efeitos de todas estas transformações é (E)
produção ordenada (diminuição da aleatoriedade) de
formas de macromoléculas complexas