Bioquímica: Estruturas e Interações Moleculares

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“A Bioquímica procura descrever em termos moleculares as estruturas, mecanismos e processos químicos partilhados por todos os organismos, e descobrir os princípios de organização que estão subjacentes à vida em todas as suas formas diferentes”
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BIOMOLÉCULAS
As biomoléculas são compostos de carbono. 
No metano (CH4), um átomo de carbono compartilha quatro pares de elétrons com quatro átomos de hidrogênio; cada um dos pares de elétrons compartilhados forma uma ligação simples. 
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BIOMOLÉCULAS
Os átomos de carbono unidos entre si covalentemente podem formar cadeias lineares, ramificadas e estruturas cíclicas. 
Outros grupos funcionais são adicionados a esses esqueletos carbônicos, o que confere propriedades químicas específicas à molécula assim formada, sendo denominados de compostos orgânicos. 
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GRUPOS FUNCIONAIS
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GRUPOS FUNCIONAIS
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BIOMOLÉCULA - GRUPOS FUNCIONAIS
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ÁGUA E EFEITOS SOBRE BIOMOLÉCULAS EM SOLUÇÃO
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ÁGUA E EFEITOS SOBRE BIOMOLÉCULAS EM SOLUÇÃO
Proteínas: longos polímeros de aminoácidos, constituem, ao lado da água, a maior fração das células. 
 atividade catalítica e funcionam como enzimas, 
elementos estruturais
 transportam sinais específicos (no caso dos receptores) ou substâncias específicas (no caso das proteínas de transporte) para o interior ou exterior das células. 
As proteínas são talvez as mais versáteis das biomoléculas.
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ÁGUA E EFEITOS SOBRE BIOMOLÉCULAS EM SOLUÇÃO
Ácidos nucleicos: DNA e RNA, são polímeros de nucleotídeos. Eles armazenam, transmitem e transcrevem a informação genética.
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ÁGUA E EFEITOS SOBRE BIOMOLÉCULAS EM SOLUÇÃO
Polissacarídeos: polímeros de açúcares simples, como a glicose, têm duas funções principais: eles servem como armazenadores de alimentos, liberadores de energia e como elementos estruturais extracelulares. 
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ÁGUA E EFEITOS SOBRE BIOMOLÉCULAS EM SOLUÇÃO
Lipídios: derivados oleosos dos hidrocarbonetos, servem como componentes estruturais das membranas e como forma de armazenamento de alimento muito rico em energia.
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ÁGUA E EFEITOS SOBRE BIOMOLÉCULAS EM SOLUÇÃO
INTERAÇÕES FRACAS EM SISTEMAS AQUOSOS
    pontes de hidrogênio
    interações iônicas
    interações hidrofóbicas
    interações de van der Waals
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PONTES DE HIDROGÊNIO
É a atração eletrostática entre o átomo de oxigênio de uma molécula de água e o átomo de hidrogênio de outra molécula. 
Além de ser entre duas moléculas de água, também podem ser entre a água e a hidroxila de um álcool, a água e a carbonila de uma cetona, entre duas cadeias polipeptídicas, entre duas bases complementares de duas fitas de DNA.
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PONTES DE HIDROGÊNIO
A água tem ponto de fusão, ebulição e calor de vaporização maiores que os da maioria de outros solventes.
Devido atrações entre moléculas de água adjacentes.
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PONTES DE HIDROGÊNIO
Elas formam-se facilmente entre um átomo eletronegativo (O ou N) e um átomo de hidrogênio.
Os átomos de hidrogênio ligados covalentemente a átomos de carbono não participam de pontes de hidrogênio. 
Ex.butanol CH3CH2CH2CH2OH) 	PE 117ºC, 
butano (CH3CH2CH2CH3)
	PE - 0,5ºC. 
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PONTES DE HIDROGÊNIO
As biomoléculas polares, porém não carregadas, como os açúcares, dissolvem-se facilmente na água devido ao efeito estabilizador das numerosas pontes de hidrogênio que elas formam entre os grupos hidroxila e o oxigênio do grupo carbonila de um açúcar de um lado, e as moléculas polares da água de outro. Os álcoois, aldeídos e cetonas formam, todos, pontes de hidrogênio com a água, como também o fazem compostos contendo ligações N-H, por isto, as moléculas contendo tais grupos tendem a ser solúveis na água.
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INTERAÇÕES IÔNICAS
Hidrofílicos: compostos que se dissolvem facilmente na água.
A água dissolve sais como o NaCl por hidratação e estabilização dos íons sódio e cloreto, enfraquecendo suas interações eletrostáticas e, desta forma, contrapondo-se a tendência deles a se associarem, formando uma rede cristalina.
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INTERAÇÕES IÔNICAS
A força (F) destas interações iônicas depende da magnitude das cargas (Q), da distância entre os grupos carregados (r) e a constante dielétrica () do solvente no qual a interação ocorre:
				Q1Q2
			 F = ---------
				 r2
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INTERAÇÕES IÔNICAS
A constante dielétrica é uma propriedade física que reflete o número de dipólos em um solvente. Para a água a 25ºC,  é 78,5, e para o benzeno, um solvente muito apolar,  é igual a 4,6. Assim, as interações iônicas são muito mais fortes em ambientes de baixa polaridade.
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INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS
Hidrofóbicos: são compostos incapazes de interagir de forma energeticamente favorável com as moléculas da água e interferem com as pontes de hidrogênio entre as moléculas de água.
Quando a água é misturada com um hidrocarboneto como o benzeno ou o hexano, formam-se duas fases, nenhum líquido é solúvel no outro.
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INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS
Compostos anfipáticos: compostos com regiões que são polares e regiões não-polares. 
Quando compostos anfipáticos são misturados com a água, as duas regiões da molécula experimentam tendências conflitantes; a região hidrofílica interage favoravelmente com o solvente que tende dissolver a molécula, entretanto a região hidrofóbica tem a tendência oposta.
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INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS
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MICELAS
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INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS
As forças que mantém juntas as regiões não-polares das moléculas são chamadas interações hidrofóbicas.
Muitas biomoléculas são anfipáticas, proteínas, pigmentos, algumas vitaminas, esteróides e fosfolipídeos de membranas. As estruturas que compõem essas moléculas são estabilizadas por interações hidrofóbicas ao redor das regiões não-polares. 
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INTERAÇÕES HIDROFÓBICAS
As interações hidrofóbicas entre lipídios, e entre lipídios e proteínas, são os determinantes mais importantes da estrutura de membranas biológicas; e as interações hidrofóbicas entre aminoácidos não-polares estabilizam o enovelamento tridimensional das proteínas.
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INTERAÇÕES DE VAN DE WAALS
À medida que os dois núcleos se aproximam, as duas nuvens eletrônicas começam a repelir-se e em algum ponto a atração de van der Waals contrabalança exatamente esta força repulsiva, nesta situação os núcleos não podem ser mais aproximados e são ditos estarem em contato de van der Waals. Para cada átomo existe um raio de van der Waals, uma medida de quão perto aquele átomo permitirá que um outro se aproxime.
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INTERAÇÕES DE VAN DE WAALS
Quando dois átomos não carregados são aproximados, as nuvens eletrônicas que os rodeiam passam a influenciar umas às outras. Variações casuais nas posições dos elétrons ao redor de um dos núcleos podem criar um dipolo elétrico transiente, o qual induz no átomo próximo um outro dipolo elétrico oposto. Os dois dipolos atraem-se de uma forma fraca, mas o suficiente para trazer os dois núcleos mais próximos um do outro. A força desta atração é chamada de Interação de van de Waals. 
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INTERAÇÕES DE VAN DE WAALS
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INTERAÇÕES FRACAS
Estas interações são mais fracas que uma ligação covalente. A energia de ligação para romper uma ponte de hidrogênio é de 20kJ/mol e para uma ligação covalente é de 460kJ/mol. 
Porém as interações são individualmente fracas, mas são muito numerosas e assim, coletivamente tem influência muito significativa na estrutura tridimensional das macromoléculas.