Aula 1 Introdução à Bioquímica

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Introdução à BioquímicaIntrodução à Bioquímica
Erika Cristina G. Aguieiras
LaBiM (IQ Lab. 549-1)
erikaaguieiras@gmail.com
Bloco I
aminoácidos
proteínas enzimas
Bloco II
Ácidos 
nucleicos
DNA e RNA
Replicação, 
transcrição e 
tradução
Bloco III
Metabolismo
Açúcares Lipídeos
• M.Total=(2. M.Teórica+M.Prática)/3 
M.Total>=7,0 aprovado 
3,0<=M.Total<7,0 prova final
M.Total <3,0 reprovado
• M.Final = (M.Total+ProvaFinal)/2 
• M.Final >= 5,0 aprovado
BIBLIOGRAFIA:
• Jeremy M Berg, John L Tymoczko and Lupert Stryer, Biochemistry 8th 
edition
• David L, Nelson, Michael M Cox, Lehninger, Principles of Biochemistry, 6th 
edition
• Donald Voet, Judith G, Voet, Biochemistry, 4th edition
BIOQUÍMICA
“Bioquímica descreve em termos moleculares as estruturas, os 
mecanismos e os processos químicos compartilhados por todos os 
organismos, e fornece princípios organizacionais que 
fundamentam a vida em todas as suas diferentes formas, 
princípios esses que coletivamente serão referidos como a lógica 
molecular da vida.” (Nelson e Cox, 2002)
Bioquímica
Emergência da vida 
Big Bang
Emergência da vida 
4 a 5 bilhões de anos
NH3, H2S, CO, 
CO2, CH4, N2 e 
H2O
Ambiente Redutor
Alexander Oparin e John B. S. 
Haldane propuseram nos anos de 
1920 que a radiação UV do sol e 
descargas elétricas proporcionaram a 
reação de substâncias simples para a 
formação de substâncias mais 
complexas: biomoléculas
Emergência da vida – Experimento de Miller-Urey
Stanley Miller
Stanley Miller e 
Harold Urey 
(1953)
Formaldeído, HCN e 
Biomoléculas Simples
Emergência da vida – Experimento de Miller-Urey
Stanley Miller
Composto Rendimento (%)
Glicina 2,1
Ácido Glicólico 1,9
Sarcosina 0,25
Alanina 1,7
Ácido Lático 1,6
N-Metilalanina 0,07
Ácido a-amino-n-isobutírico 0,34
Ácido a-hidroxiaminobutírico 0,007
Ácido a-hidroxibutirico 0,34
b-Alanina 0,76
Ácido Succínico 0,27
Ácido Aspártico 0,024
Ácido Glutâmico 0,051
Ácido Iminodiacético 0,37
Ácido Iminoaceticopropiônico 0,13
Ácido Fórmico 4,0
Ácido Acético 0,51
Ácido Propiônico 0,66
Uréia 0,034
N-Metiluréia 0,051
BIOMOLÉCULAS
“ As moléculas que exercem uma função em células vivas hoje
são as mesmas encontradas em química orgânica –
simplesmente, elas operam em um contexto diferente.”
(Campbell e Farell, 2007)
Todos os processos que ocorrem nos organismos vivos seguem
todas leis físicas e químicas.
O estudo da bioquímica mostra como o conjunto de moléculas
inanimadas que constituem os organismos vivos interage para
manter e perpetuar a vida exclusivamente pelas leis físicas e
químicas que regem o universo inanimado.
O que então distingue os organismos vivos dos objetos 
inanimados?
1. O alto grau de complexidade química e de organização
microscópica;
2. A existência de sistemas para extrair, transformar e utilizar
energia do meio ambiente;
3. Ter funções definidas para cada um dos seus componentes e
a capacidade de regular as interações entre eles;
4. A existência de mecanismos para sentir e responder a
alterações do meio ambiente;
5. A capacidade quase perfeita de auto-replicação e auto-
organização;
6. Capacidade de se alterar ao longo do tempo por evolução.
Células
A árvore filogenética da vida
Ancestral comum
Célula procariótica
Pro (antes); karyon
(núcleo)
Célula eucariótica
Eu (verdadeiro); 
karyon (núcleo)
Hierarquia estrutural
Composição celular
• Moléculas orgânicas pequenas dissolvidas na
fase aquosa  metabólitos centrais das
principais vias metabólicas (aminoácidos,
nucleotídeos, açúcares e seus derivados
fosforilados, ácidos mono, di e tricarboxílicos)
• Metaboloma  conjunto completo de
moléculas pequenas em uma dada célula sob
um conjunto específico de condições
Composição celular
• Macromoléculas principais constituintes celulares
• Montadas a partir de precursores simples
(oligômeros)
Proteínas aminoácidos
Ácidos nucleicos (DNA, RNA) nucleotídeos
Polissacarídeosmonossacarídeos
Lipídeos  não são classificados como
macromoléculas
Composição celular
Era dos “OMAS”
• Proteoma  conjunto de todas as proteínas em
funcionamento na célula
• Genoma  sequência completa da DNA (ou RNA
viral) da célula
• Glicoma  conjunto de todas as moléculas
contendo carboidratos
• Lipidoma  conjunto de todas as molécula
contendo lipídeos
BIOLOGIA DE SISTEMAS
Apesar da superposição com muitas outras disciplinas, a bioquímica 
procura responder, principalmente, às seguintes perguntas:
1. Quais são as estruturas químicas e tridimensionais das biomoléculas?
2. Como as moléculas biológicas interagem?
3. Como as células sintetizam e degradam as moléculas biológicas?
4. Como a informação genética é armazenada, transmitida e expressa?
5. Como a energia é conservada e usada pelas células?
6. Quais os mecanismos para organizar as biomoléculas e para coordenar
suas atividades?
BIOQUÍMICA NA 
ENGENHARIA QUÍMICA
 O papel de uma Engenheiro Químico é a elaboração de projetos, instalações, operação de
indústrias e desenvolvimento de novos processos, moléculas e materiais.
 Combinação de princípios das disciplinas básicas como matemática, física, química e biologia
para atuar no desenvolvimento de processos na produção de diversos produtos em qualquer
escala.
Bioquímica na Engenharia Química
Bioquímica como ferramenta no entendimento, desenvolvimento e
melhoramento de processos de transformação associados a células e a
biomoléculas como enzimas.
A célula pode ser um reator a serviço da tecnologia!
BIOPROCESSOS  O processamento de biomateriais a partir de agentes como
enzimas e microrganismos exige conhecimentos de bioquímica e de
engenharia visando aplicação industrial
ENGENHARIA METABÓLICA  obtenção de produtos de interesse industrial
por modificação de vias metabólicas por engenharia genética
ENGENHARIA VERDE  desenvolvimento de produtos e processos onde o
impacto no ambiente é nulo ou muito pequeno
ENGENHARIA DE TECIDOS  modelagem do funcionamento de órgão do
corpo humano e desenvolvimento de materiais poliméricos biocompatíveis.
Desafios futuros
Cerveja
Etapas Formação do 
malte
Preparação 
do mosto
Adição de 
leveduras
Fermentação 
alcoólica do 
mosto
Diversos processos
bioquímicos
envolvidos!!
Síntese de enzimas,
ação de enzimas,
respiração,
fermentação.
Biocombustíveis
Atualmente, 90% das substâncias químicas orgânicas são produzidas a partir
do petróleo.
Devido as preocupações ambientais e os preços flutuantes, os
biocombustíveis têm recebido muita atenção nos últimos tempos como
alternativas ao petróleo.
 Etanol
 Biobutanol
 Hidrocarbonetos renováveis→ produzidos a partir da biomassa por
processos termoquímicos (pirólise ou liquefação) e bioquímicos
(fermentação: açúcares →hidrocarbonetos)
 gasolina, diesel e jet fuel renováveis
Diesel renovável Biodiesel
Engenharia metabólica
• Melhoramento genético continuado para obtenção de linhagens microbianas
para aumentar a produção ou mesmo produzir novas moléculas de interesse
• Passo que auxiliará o desenvolvimento de biorrefinarias
• Exemplo: técnicas de melhoramento genético continuado para o
desenvolvimento de leveduras para fermentação de açúcares C5 provenientes de
biomassas lignocelulósicas
• A engenharia metabólica permite a inserção de novas vias metabólicas e,
consequentemente, novas características em organismos tradicionalmente
utilizados na indústria.
Engenharia metabólica
Engenharia metabólica
• Produção de ácidos orgânicos como succínico, málico e fumárico,
por microrganismos geneticamente modificados
• Acido succínico  usado como matéria-prima para precursores
plásticos como1,4-butanediol (BDO)  monômeros para
poliésteres.
• Atualmente, o succinato é produzido através de processos
petroquímicos.
• Uma bactéria produtora de succinato com alto rendimento
permitiria a substituição de um produto petrolífero por uma
matéria-prima que usa resíduos agrícolas.
• A produção de succinato, ácido málico e ácido fumárico a partir de
glicose, xilose e outras fontes "verdes" por Escherichia coli fornece
uma fonte renovável de fontes químicas de baixo custo.
Engenharia metabólica
Biorrefinaria
A biomassa irá substituir o petróleo nas aplicações industriais
Uma biorrefinaria pode produzir produtos múltiplos a partir da biomassa da mesma forma
que uma refinaria que refina petróleo bruto em combustíveis e produtos químicos.
Os mesmos blocos de construção químicos que atualmente são derivados de petróleo podem
ser produzidos a partir da biomassa por meio de métodos químicos, bioquímicos ou
conversão termoquímica.