Aula 01

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Introdução à Bioquímica e às biomoléculas
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M Ó D U LO 1 - AULA 1
Introdução à Bioquímica
e às biomoléculas
Objetivos
Nesta primeira aula de Bioquímica temos como objetivo mostrar a você no que
consiste esta disciplina e também iniciar uma reflexão a respeito das principais
moléculas que formam os seres vivos, as biomoléculas.
A Bioquímica
Ao idealizar o curso de Ciências Biológicas, decidimos incluir Bioquímica entre
as disciplinas do primeiro período. Pode parecer, à primeira vista, um momento
inapropriado, uma vez que, para muitos, seria necessário um estudo mais básico de
Química antes de entrar na Bioquímica propriamente dita. Entretanto, se refletirmos
um pouco sobre as diversas questões presentes diariamente em nossas vidas, veremos
que o conhecimento da Bioquímica é muito útil na compreensão de muitos fatos
próximos de nossa realidade, e, sobretudo, de quase todos os fenômenos de interesse
para os biólogos.
Vejamos, por exemplo, o que escreveu Albert Lehninger, um renomado
bioquímico, autor de um dos mais difundidos livros-texto de Bioquímica, traduzido
para várias línguas e usado por milhares e milhares de estudantes todos os anos:
No passado, eu acreditava que Bioquímica deveria ser uma disciplina de pós-
graduação, abordada apenas após um ensino básico de Química e Biologia.
Hoje, eu tenho uma visão bastante diferente. A Bioquímica deve ser ensinada
muito antes, já que esta disciplina se tornou a língua franca das ciências da vida,
iluminando o estudo subseqüente de qualquer área da Biologia.
Além disso, como mencionamos há pouco, nos dias de hoje, conhecimentos
básicos de Bioquímica tornam-se fundamentais para a compreensão de tantos pontos
importantes que agora fazem parte de nossas vidas, como os avanços da genética, o
crescimento das doenças metabólicas como a diabetes e a obesidade, o aparecimento
de milhares de dietas de emagrecimento, as doenças crônico-degenerativas etc. Nós
vivemos agora em um mundo no qual tais assuntos adquiriram interesse público, além
de, muitas vezes, apresentarem também sérias implicações sociais, políticas e éticas.
ALBERT L. LEHNINGER
(1917-1986)
Foi professor das
Universidades de
Wisconsin, Chicago
e Johns Hopkins. Junto
a E. P. Kennedy
descobriu as mitocôn-
drias. Tornou-se uma
autoridade em metabo-
lismo energético, forne-
cendo contribuições
fundamentais à ciência
nas áreas de enzimologia,
bioenergética e calcifi-
cação. Escreveu vários
livros-texto de Bioquímica.
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BIOQUÍMICA IQUÍMICA I
O conhecimento da Bioquímica, portanto, é essencial para aqueles, entre os
biólogos, que pretendem dedicar-se ao ensino de Ciências e Biologia, e que irão se
defrontar com temas relacionados a esta ciência em suas aulas, muitas vezes em
função de questões levantadas pelos próprios alunos.
Neste curso, dividimos o estudo da Bioquímica em duas disciplinas. Em
Bioquímica I, você vai conhecer as biomoléculas, as moléculas que fazem parte dos
seres vivos, e vai entender suas propriedades e funções. Em Bioquímica II, você vai
estudar o metabolismo, o conjunto de reações químicas que ocorrem nos seres vivos.
A lógica da vida
Todas as coisas vivas são formadas por um conjunto de moléculas inanimadas.
Então, por que a matéria viva difere tão radicalmente da matéria inanimada, que
também é formada por moléculas inanimadas? E por que os organismos vivos parecem
ser mais do que a soma de suas partes inanimadas?
Há muitos anos, os filósofos, pensando nesta questão, propuseram que os
organismos vivos possuíam o que eles chamaram de “força vital”, de origem misteriosa
e divina. Surgiu, então, a doutrina do vitalismo. Esta teoria foi experimentalmente
contestada muitos séculos depois. Entre os fatos que contribuíram para a perda de
credibilidade da doutrina do vitalismo, podemos citar o fim da crença na geração
espontânea dos seres vivos acarretada pelos trabalhos de Francesco Redi, Lazzaro
Spallanzani e, especialmente, de Louis Pasteur.
Com a perda de importância do vitalismo, tornou-se essencial compreender as
bases químicas da vida, e elas estão diretamente relacionadas às propriedades das
moléculas que compõem os seres vivos.
Assim, a Bioquímica pretende estudar como os conjuntos de moléculas
inanimadas que formam os seres vivos interagem para manter e perpetuar a vida. O
conjunto de princípios que regem esta organização é chamado lógica molecular da
vida.
Além disso, os conhecimentos de Bioquímica podem fornecer importante
contribuição prática, com aplicações na Medicina, na agricultura, na nutrição e também
na indústria.
VITALISMO
Teoria segundo a qual os
seres vivos estão sob
influência de agentes sem
as propriedades típicas da
matéria ou da energia, a
força vital.
GERAÇÃO ESPONTÂNEA
Teoria segundo a qual
os seres vivos podem
formar-se continuamente
a partir da matéria
inanimada.
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Macarrão Biscoito
Instantâneo Água
Carboidratos Carboidratos
Lipídeos Lipídeos
Proteínas Proteínas
Fibras Fibras
Sal
Tabela 1.1: Exemplo de tabela para a atividade proposta.
As biomoléculas
Afinal, que moléculas são essas que formam os seres vivos? Para responder a
esta pergunta, nós propomos a você uma atividade.
Vá até a cozinha ou despensa de sua casa e procure alimentos variados, mas
que tenham sido processados industrialmente. Estes alimentos costumam ter em seus
rótulos uma tabela com a sua composição química. Escolha sete deles e construa
uma tabela na qual você deverá registrar a composição química de cada um. Procure
utilizar alimentos bastante diferentes entre si.
Como sugestão, nós escolhemos dois produtos, um macarrão instantâneo e um
biscoito, a partir dos quais iniciamos a construção da tabela. Observe que já
introduzimos a composição química destes dois alimentos.
Compare os rótulos com a tabela; é importante que você liste os componentes
de cada alimento em ordem decrescente de quantidade, ou seja, comece com aquele
componente que existe em maior proporção até aquele de menor proporção.
Por exemplo, na composição do biscoito tipo água há mais lipídeos do que fibras.
Com sua tabela completa em mãos, procure agora refletir sobre as seguintes
questões: o componente mais abundante de todos os alimentos é o mesmo? Algum
componente está presente em todos os alimentos, ou, pelo menos, na maioria deles?
Se há um ou vários nesta situação, quais são eles?
Você deve ter notado que o principal componente dos diversos alimentos varia
de um alimento para o outro. Com freqüência carboidratos, lipídeos ou proteínas são
os principais componentes de alguns deles, embora as fibras também sejam abundantes.
Produto
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BIOQUÍMICA IQUÍMICA I
É provável também que você tenha percebido que proteínas, carboidratos e
lipídeos estão entre os componentes mais abundantes de todos os alimentos. Se você
usou algum alimento diet ou light, é provável que os lipídeos não tenham aparecido
em alguns rótulos, ou mesmo que os carboidratos estivessem ausentes. Isto porque,
no caso de alimentos desse tipo, alguns componentes são removidos durante o
processamento.
Analisando a tabela, portanto, foi possível perceber que os principais
componentes de todos os alimentos são sempre os mesmos: carboidratos, lipídeos,
proteínas e fibras. Freqüentemente encontramos também as vitaminas e alguns
elementos químicos como sódio, potássio etc., mas em menor quantidade.
Existe ainda um outro componenteabundante nos alimentos, mas que não
está listado na tabela. Trata-se da água. A quantidade de água presente nos diferentes
alimentos varia, mas é sempre bastante elevada. Para perceber isto, basta lembrar-se
de que uma fatia de pão, depois de torrada, parece bem mais leve. Isto ocorre porque
boa parte da massa era composta de água, que evaporou quando o pão foi torrado.
Agora podemos avançar um pouco mais em nossa reflexão, procurando responder
também às seguintes questões: Por que os componentes de todos os alimentos são
tão parecidos? Isto pode ser perguntado de outra maneira: O que há de comum a
todos estes alimentos?
Um dos motivos mais evidentes para o fato de os alimentos terem os mesmos
componentes principais é que, provavelmente, nosso organismo necessita destes
componentes para sobreviver. É razoável, portanto, que os alimentos sejam feitos
daquilo que nosso corpo precisa. Mas e quanto à origem destes alimentos?
O fato é que todos os nossos alimentos são derivados de algum tipo de ser
vivo, ou, pelo menos, de alguma parte de um ser vivo. A farinha de trigo, por exemplo,
é obtida a partir de grãos de uma planta, e os iogurtes e bebidas lácteas são obtidos a
partir do leite, uma secreção dos mamíferos. Procure verificar se esta conclusão é
válida para todos os alimentos de sua tabela e verá que, realmente, nossos alimentos
são sempre derivados de um ser vivo ou de uma parte dele.
Percebemos, portanto, que algumas moléculas são muito abundantes em seres
vivos. Estas são as chamadas biomoléculas (bio = vida). As moléculas, como você
sabe, são compostas de átomos dos diversos elementos químicos ligados entre si de
maneira e em proporções variáveis. Podemos agora nos perguntar: os componentes
das biomoléculas são os mesmos que compõem as moléculas existentes em nosso planeta?
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E, se os elementos são os mesmos, a sua proporção é também a mesma nos
dois casos? Procure analisar com atenção a Tabela 1.2, que compara a composição
química da crosta terrestre com a do corpo humano, e refletir acerca destas questões.
Como você pode perceber após analisar esta tabela, H, O, C e N formam mais
de 99 % da massa de nosso corpo.
Por outro lado, 8 dos 10 elementos mais abundantes no corpo humano estão
entre os mais abundantes na água do mar.
A partir dessas observações, podemos concluir que:
• alguns elementos foram selecionados durante a evolução por apresentarem
características químicas que se adequam aos processos biológicos, e, em última
análise, à vida;
• a água do mar deve ter sido o meio no qual surgiu a vida.
 Crosta terrestre Corpo humano
 elemento % elemento %
 O 47 H 63
 Si 28 O 25,5
 Al 7,9 C 9,5
 Fe 4,5 N 1,4
 Ca 3,5 Ca 0,31
 Na 2,5 P 0,22
 K 2,5 Cl 0,08
 Mg 2,2 K 0,06
Tabela 1.2: Composição química da crosta terrestre e do
corpo humano, apresentados como percentagem do
número total dos átomos que os compõem.
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BIOQUÍMICA IQUÍMICA I
 Água 70 1
 Proteínas 15 3000
 Ácidos nucléicos
 DNA 1 1
 RNA 6 >3000
 Polissacarídeos 3 5
 Lipídeos 2 20
 Outras pequenas
 moléculas orgânicas 2 500
 Íons inorgânicos 1 20
O papel do carbono
A química dos organismos
vivos está organizada em torno do
elemento carbono. Por suas
propriedades químicas, os átomos
de carbono podem formar ligações
covalentes entre si, dando origem
a diversas estruturas: cadeias
lineares, cadeias ramificadas,
estruturas cíclicas e combinações
dessas estruturas (Figura 1.1).
Outros átomos podem se ligar a
estes esqueletos de carbono
covalentemente ligados, sendo
estas moléculas chamadas de
compostos orgânicos.
Figura 1.1: Ligações carbono-carbono formam
os esqueletos de muitas moléculas orgânicas.
Agora, observe na Tabela 1.3, a composição química de uma célula.
Tabela 1.3: Composição molecular de uma célula da bactéria E. coli.
Número aproximado de
espécies moleculares
Porcentagem
da massa total
Linear
Cíclica
Ramificada
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Termos como mo-
noméricas, políme-
ros, polissacarídeos
etc., você estudará
ao longo do curso.
!Podemos notar que na célula exemplificada o composto mais abundante é a
água, e que os sais correspondem apenas a uma pequena fração da massa da célula.
Quase toda a matéria sólida da célula é orgânica e distribuída em quatro grupos:
proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos e lipídeos.
As proteínas, os ácidos nucléicos e os polissacarídeos são formados pela
polimerização de diversas unidades monoméricas, e são, por isso, considerados
macromoléculas. As proteínas são polímeros de aminoácidos; os ácidos nucléicos
são polímeros de nucleotídeos e os polissacarídeos, de açúcares. Os lipídeos não são
tão grandes para serem classificados como macromoléculas, mas muitas vezes também
são formados pela polimerização de unidades menores.
Há relativamente poucos tipos de unidades monoméricas (Figura 1.2), que,
entretanto, ao se combinarem dão origem à enorme diversidade de macromoléculas
existentes.
MACROMOLÉCULAS
Moléculas poliméricas
apresentando massa
molecular superior a
milhares de daltons.
Figura 1.2: Unidades monoméricas que formam as macromoléculas.
´
´
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Resumo
A Bioquímica é o estudo da vida em nível molecular. A matéria viva se diferencia
da matéria inanimada por ser composta de um conjunto de moléculas que
compartilham características especiais, as biomoléculas. Grande parte das
propriedades particulares destas moléculas deriva da presença do elemento
carbono. Os principais componentes moleculares dos seres vivos são as
proteínas, os ácidos nucléicos, os polissacarídeos e os lipídeos. Tais moléculas
são formadas a partir da polimerização de unidades monoméricas específicas,
e o seu estudo será o tema do nosso curso.
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