Organização Molecular

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Biofísica para Engenharia 
de Bioprocessos - CFB632 
Leonardo Travassos 
Professor Adjunto - Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho 
Laboratório de Imunoreceptores e Sinalização (LIRS)
Diversidade celular
• Imensa variedade de formas e tamanhos; 
• Algumas se movem rapidamente e outras não; 
• Oxigênio é necessário para algumas e outras não, 
• Em multicelulares, vivem intimamente relacionadas; 
• Em unicelulares podem ser isoladas ou formarem 
colônias; 
• Muitas vivem em associação com células de outros 
organismos;
Diversidade celular
Lodish 5a Ed
• Apesar destas e milhares de outras diferenças, 
muitos aspectos estruturais e bioquímicos são 
compartilhados entre os tipos celulares mais 
simples e os mais complexos
Diversidade celular
Procariotos e Eucariotos
• Procariotos: um único 
compartimento celular, definido 
pela membrana plasmática, sem 
núcleo definido e organização 
celular simples 
• E. coli: 25x10^-14g. Até 1,5kg do 
peso de um ser humano 
• 65 km na atmosfera, 12 km de 
profundidade nos oceanos 
• Carbono nas bactérias é quase o 
mesmo estocado em plantas
• Eucariotos: contem 
diversos compartimentos 
intracelulares definidos 
por membranas 
(organelas) 
• Núcleo e citoplasma 
(citosol + organelas) 
• Compreendem todos os 
membros dos reinos 
planta e animal
Procariotos e Eucariotos
Procariotos e Eucariotos
• Bacteria e Archaea são os organismos mais 
abundantes e mesmo sendo “simples” são 
verdadeiras usinas bioquímicas, capazes de 
converter compostos simples e moléculas 
complexas com diversas atividades biológicas 
• Muitas são importantes para a ecologia do 
planeta 
• Outras são causa de grande número de mortes
Unicelulares: ajudam e 
atrapalham
• Seres humanos, plantas e outros animais: 
verdadeiros repositórios de bactérias
Unicelulares: ajudam e 
atrapalham
Microbiota Intestinal
Microbiota Intestinal
Microbiota Intestinal
Jeff Gordon’s work
Protozoários que atrapalham
• Seres humanos se desenvolvem a partir de uma 
única célula 
• Karl von Baer, 1827 
• Diferentes células, por si só, não formam um 
organismo (comunicação celular, transdução de 
sinais, etc…) 
Protozoários que atrapalham
A descoberta da matéria
Leopoldo de Meis
“Não sei o que é mais importante: publicar um artigo 
revolucionário num revista científica como a ‘Nature’ ou a 
‘Science’; ou ver um jovem feliz ao entrar na universidade” 
“Me ocorreu que, dentro do Brasil, tem tantos jovens por 
esses morros afora, por esse interior afora, tanto Picasso, 
tanto Albert Einstein, tantos Prêmios Nobel perdidos. O 
problema é tentar pescá-los e puxar. É uma questão de 
estatística” 
Leopoldo de Meis 
1938 - 2014
As leis da Natureza
Poucas Leis…
Que se aplicam a tudo!
A Lenda de Prometeu
Fogo é vida…
Água, calor e ar - vida
Os cinco elementos
"Tuas forças naturais, as que estão dentro de ti, 
serão as que curarão suas doenças" 
Hipócrates 
460 - 377 aC
A alma da matéria…
A essencialidade da alma
Os alquimistas estão chegando…
Deu zebra
Surge o álcool (e a cerveja, o uísque)
Surge o álcool (e a cerveja, o uísque)
Átomos e moléculas
Níveis de organização
O átomo
Nova tabela
Nihonium and symbol Nh, for the element 113,
Moscovium and symbol Mc, for the element 115,
Tennessine and symbol Ts, for the element 117, and
Oganesson and symbol Og, for the element 118.
Isótopos
Isótopos na medicina
• Cobalto-60: radioterapia de câncer 
• Iodo-131: localização de tumores e atividade cardíaca 
• Carbono-14: estudos metabólicos na diabetes e gota 
• Carbono-11: glicose usada em PET scan 
• Sódio-24: circulação sanguínea 
• Tecnécio-99m: radio traçador, localização de tumores
Ligações químicas
Ligações químicas e 
interações atômicas
Carbono
Ligações covalentes
Dois	
  &pos	
  de	
  ligação	
  química:	
  
•Ligações	
  Iônicas	
  
•Ligações	
  Covalentes	
  
Ligações covalentes
Ligações iônicas
• Pontes	
  de	
  Hidrogênio	
  
Força	
  de	
  atração	
  fraca	
  exercida	
  
por	
  um	
  átomo	
  de	
  H	
  sobre	
  
um	
  átomo	
  de	
  O,	
  N	
  ou	
  F	
  
• Forças	
  de	
  van	
  der	
  Waals	
  
Ligações	
  ainda	
  mais	
  fracas.	
  
Atrações	
  não	
  específicas	
  entre	
  
os	
  núcleos	
  de	
  um	
  átomo	
  com	
  
os	
  elétrons	
  de	
  outro.	
  
Outras ligações não-covalentes
Blocos de construção
Carboidratos	
  
Ácidos	
  graxos	
  
Aminoácidos	
  
NucleoQdeos	
  
Polissacarídeos	
  
Gorduras,	
  lipídeos	
  e	
  membranas	
  
Proteínas	
  
Ácidos	
  nucleicos	
  
Aminoácidos - Proteínas
•Aminoácidos	
  (20	
  aa)	
  
•Apenas	
  11	
  sinte&zados	
  pelo	
  corpo	
  
•Modelo	
  básico	
  
•PepQdeos	
  
•Polipep&deos	
  
•Proteínas	
  
Aminoácidos - Proteínas
•Estrutura	
  primária	
  
•Estrutura	
  secundária	
  
•Estrutura	
  terciária	
  
•Estrutura	
  quaternária
Aminoácidos - Proteínas
Aminoácidos - Proteínas
Ácidos nuclêicos
•Armazenagem	
  da	
  informação	
  gené&ca	
  
•NucleoQdeos	
  
ATP	
  
AMP	
  
NAD	
  
FAD	
  
•Pareamentos	
  DNA	
  
A–T	
  
G–C	
  
•Pareamentos	
  RNA	
  
A–U	
  
G–C
Ácidos nuclêicos
Também	
  conhecidos	
  como	
  monossacarídeos	
  
Fórmula	
  geral:	
  (CH2O)n	
  
Glicose	
  n=6	
  
Carboidratos
Carboidratos
• Cadeia	
  aberta	
  
• Cadeia	
  fechada	
  
Carboidratos
•Carbono,	
  Hidrogênio	
  e	
  Oxigênio	
  
•Pouco	
  solúveis	
  em	
  água	
  
•Gordura	
  x	
  Óleo	
  
•Grupo	
  extremamente	
  diverso	
  
Ácidos graxos
Ácidos graxos
Ácidos graxos
Ácidos graxos
Ácidos graxos