Aula T2- IPB

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Aula 2
Introdução aos Processos Biológicos
Mestrado Integrado em Engenharia Química
2º semestre 2019/20120
Células
Proteínas
Ácidos
nucleicos
Hidratos de Carbono
Lípidos
70% água
Iões e
Moléculas pequenas
Macromoléculas
Macromoléculas
• Células são 70% água, o resto consiste em compostos à base de carbono.
• Macromoléculas são constituídas por compostos de carbono .
Moléculas Orgânicas
▲ O carbono pode ligar 4 outros átomos
ou grupos de átomos, a versatilidade
deste elemento possibilita a grande
diversidade de moléculas orgânicas
• Esqueleto de carbono
Macromoléculas (proteínas, DNA, hidratos de carbono, e
lípidos) são compostos de átomos de carbono ligados uns
aos outros e a átomos de outros elementos (hidrogénio
(H), oxigénio (O), azoto (N), enxofre (S) e fósforo (P) .
• Grupos funcionais
Componentes das moléculas orgânicas que mais
comunmente estão envolvidos em reacções químicas. O nº
de rearranjos dos grupos funcionais confere a cada
molécula as suas propriedades únicas.
DESAFIO: A procura de vida noutros planetas levou os cientistas a considerarem a possibilidade de outros elementos poderem ser usados no esqueleto 
de moléculas orgânicas, na ausência de carbono. Aponte um elemento que poderá ser um candidato provável.
Grupos funcionais (com importância Biológica)
Grupos funcionais (com importância Biológica)
Macromoléculas
} Todos os seres vivos são constituídos por 4 classes de macromoléculas:
- Hidratos de carbono
- Proteínas 
- Lípidos
- Ácidos nucleicos 
} Estrutura molecular e função destas macromoléculas são inseparáveis 
Macromoléculas são polímeros de monómeros 
- Polímeros- são moléculas longas constituídas por muitas unidades de construção semelhantes.
- Monómeros- são as unidades de construção dos polímeros.
- Três das quatro classes de macromoléculas são polímeros (hidratos de carbono, proteínas e
ácidos nucleicos.
Síntese e degradação de um polímero
Reacção de desidratação- ocorre quando dois
monómeros se ligam covalentemente, com a
perda de uma molécula de água.
Reacção de hidrólise- ocorre quando a ligação
entre dois monómeros é quebrada através da
adição de uma molécula de água. Um átomo
de hidrogénio liga-se a um monómero e o
grupo hidroxilo liga-se a outro monómero.
ATP- Fonte de energia para processos celulares
+ 
Reage com
H2O
Fosfato 
inorgânico 
Energia
• Adenosina trifosfato (ATP)- é a molécula
de transferência de energia primária na
célula.
• ATP consiste numa molécula orgânica
(adenosina) ligada a uma cadeia de três
grupos fosfato.
• Quando os grupos fosfatos são removidos,
energia é gerada.
Lípidos: grupo diverso de moléculas hidrofóbicas
Lípidos- não formam verdadeiros polímeros.
• Insolúveis em água
• Hidrofóbicos (em geral) porque são constituídos essencialmente por
hidrocarbonetos que formam ligações covalentes não polares.
• Os lípidos biologicamente mais importantes são:
- Gorduras
- Fosfolípidos
- Esteróides
Gorduras
Constituídas por: glicerol e ácidos gordos.
• O glicerol é um álcool com três carbonos com um grupo hidroxilo ligado a cada um dos
carbonos.
• Um ácido gordo consiste num grupo carboxilo ligado a um longo esqueleto de carbono
(geralmente 16 ou 18 átomos de carbono de comprimento).
- O grupo funcional carboxilo é
que dá o nome a esta
mólécula de ácido gordo.
- O resto do esqueleto
consiste numa cadeia
hidrocarbonada, onde as
ligações C-H são relativamente
apolares, razão pela qual as
gorduras são hidrofóbicas.
Uma das três reacções de desidratação (entre um grupo hidroxilo e um grupo carboxilo)
que ocorrem na síntese de uma gordura.
Estrutura de uma gordura ou triacilglicerol
Ligação éster
Molécula de gordura (triacilglicerol)
Os ácidos gordos de uma gordura podem ser iguais, ou
podem ser de dois ou três tipos diferentes.
• Gorduras por serem hidrofóbicas separam-se da
água porque as moléculas de água formam
ligações de hidrogénio umas com as outras e
excluem as gorduras. Ex: o óleo vegetal (gordura
líquida) separa-se da solução aquosa de vinagre na
salada.
• Numa gordura as três moléculas de ácido gordo
juntam-se ao glicerol por uma ligação éster,
resultando num triacilglicerol ou triglicerídeo.
Gorduras e ácidos gordos saturados e insaturados
Acidos gordos variam:
Ácidos gordos saturados- possuem o número máximo de átomos de hidrogénio ligados ao
esqueleto de carbono e não possuem ligações duplas.
Ácidos gordos insaturados- possuem uma ou mais ligações duplas. As ligações duplas são
do tipo cis, que causam uma torção ou dobra na cadeia hidrocarbonada onde quer que
ocorram.
- número de carbonos (tamanho de cadeia hidrocarbonada)
- número e localização de ligações dulpas.
ligação dupla cis
provoca uma dobra
Gordura insaturada: vegetal
Modelo do ácido oléico, ácido
gordo insaturado (vermelho =
oxigénio, preto = carbono, cinza
=hidrogénio).
Gorduras e ácidos gordos saturados e insaturados
Modelo de ácido esteárico, um
ácido gordo saturado (vermelho =
oxigénio, preto = carbono, cinza
=hidrogénio).
Gordura saturada: animal
Consituída por ácidos gordos 
saturados e é sólida à 
temperatura ambiente (ex: 
manteiga). 
Fórmula 
estrutural de uma 
molécula de 
gordura saturada.
Consituída por ácidos gordos 
insaturados e geralmente é 
líquida à temperatura ambiente 
(ex: azeite vegetal).
Fórmula estrutural de uma 
molécula de gordura 
insaturada.
Gorduras e ácidos gordos saturados e insaturados
} Dietas ricas em gorduras saturadas
Podem contribuir para doenças cardiovasculares, através da deposição das gorduras em
placas nas paredes dos vasos sanguíneos causando a diminuição de fluxo sanguíneo e
resistência dos vasos sanguíneos- arteriosclerose.
} Hidrogenação
É o processo de converter gorduras insaturadas em gorduras saturadas por introdução
de hidrogénio.
} Hidrogenação de óleos vegetais
Cria gorduras insaturadas com ligações duplas trans. Estas gorduras trans podem
contribuir mais que as gorduras saturadas para as doenças cardiovasculares.
Função das gorduras
} Armazenamento de energia
É a principal função das gorduras, as cadeias hidrocarbonadas de gorduras são
semelhantes a moléculas de gasolina ricas em energia.
} Protecção
Tecido adiposos podem proteger órgãos vitais como os rins, e uma camada de gordura
sob a pele também isola o corpo. Esta camada subcutânea é especialmente grossa nas
baleias, focas, e na maioria dos outros mamíferos marinhos, protegendo-os da água fria
do oceano.
Fosfolípidos
• Fosfolípidos possuem 2 moléculas de ácidos gordos e um grupo fosfato ligado a uma molécula
de glicerol.
• Os dois ácidos gordos constituem a cauda hidrofóbica e o grupo fosfato e a molécula polar (varia
consoante o fosfolípido) que se liga a este constituem a cabeça hidrofílica.
Fórmula estrutural Modelo
Cabeça hidrofílica
Cauda hidrofóbica
Símbolo de um fosfolípido
Bicamada Fosfolipídica
} Quando os fosfolípidos são adicionados à água, eles
orientam-se em estruturas de duas camadas
denominadas bicamadas fosfolipídicas.
} Protegem as suas porções hidrofóbicas da água,
direccionando-as para o interior da bicamada e as
cabeças hidrofílicas das moléculas ficam em contacto
com a fase aquosa.
} As membranas celulares são um exemplo deste
rearranjo em bicamada dos fosfolípidos. A bicamada
fosfolipídica forma uma fronteira entre a célula e o seu
ambiente externo.
Esteróides
Colesterol é um esteroide, molécula a
partir da qual outros esteróides,
incluindo as hormonas sexuais, são
sintetizadas. Esteróides variam nos
grupos químicos ligados aos seus
quatro anéis interligados (em amarelo).
} Esteróides são lípidos caracterizados por um esqueleto de
carbono consistindo em quatro anéis fundidos.
} Diferentes esteróides são distinguidos pelos grupos
químicos específicos ligados a este conjunto de anéis.
} Colesterol é um tipo de esteróide, componente comum de
membranas de células animais e precursor de outros
esteróides, como as hormonas sexuais dos vertebrados.
} Níveis elevados de colesterol no sangue podemcontribuir
para a arteriosclerose.
Testosterona e Progesterona
Membranas Plasmáticas 
Membranas Plasmáticas 
- São os limites que separam as células vivas do seu meio ambiente.
- Exibem permeabilidade selectiva, permitem que algumas substâncias atravessem
com maior facilidade que outras.
Membranas plasmáticas
Cabeça
hidrofílica
Cauda
hidrofóbica
Água
Água
• São os lípidos mais abundantes das
membranas plasmáticas.
• São moléculas anfipáticas, contendo
regiões hidrofóbicas e hidrofílicas.
Fosfolípidos
Modelo do mosaíco fluído
Phospholipid 
bilayer 
Hydrophobic regions 
of protein 
Hydrophilic 
regions of protein 
Bicamada 
fosfolipídica 
Regiões hidrofóbicas 
das proteínas 
Regiões hidrofílicas 
das proteínas 
Modelo do mosaíco fluido
Membranas são estruturas fluídas com um “mosaico”
de várias proteínas embebidas nelas.
Lateral movement occurs 
~107 times per second. 
Flip-flopping across the membrane 
is rare (~ once per month). 
Fluidez das membranas
Fosfolípidos na membrana plasmática podem
mover-se na bicamada fosfolipídica:
• movimentos laterais frequentes
• movimentos de flip-flop transversais através da
membrana são raros
Proteínas podem mover-se lateralmente e podem ter
movimentos direccionados.
Membranas plasmáticas
Modelo do mosaíco fluido
Fluidez membranar
• Geralmente a fluidez das membranas é semelhante ao óleo da salada.
• Manutençao da fluidez das membranas é essencial para o desempenho das suas funções.
- Permeabilidade
- Função das diferentes proteínas
Alterações na fluidez afectam:
Factores que afectam a fluidez membranar
Fluído 
Caudas hidrocarbonadas 
insaturadas 
Viscoso 
(a) Caudas hidrocarbonadas insaturada versus saturada 
(b) Colesterol no interior da 
membrana celular 
Colesterol 
Caudas hidrocarbonadas 
saturadas 
Caudas hidrocarbonadas insaturadas versus saturadas
Temperaturas baixas- membranas passam do estado fluido para estado sólido.
• Temperatura
- Membranas com alto teor de ácidos gordos insaturados são mais fluídas do que as 
compostas por ácidos gordos saturados.
• Composição em lípidos
- Afecta a temperatura à qual a membrana solidifica.
Duplas ligações (dobras) aumentam a
fluídez pois previnem o empacotamento
das cadeias hidrocarbonadas.
Cadeias hidrocarbonadas saturadas
aumentam a viscosidade porque formam
uma estrutura empacotada.
Factores que afectam a fluidez membranar
Fluído 
Caudas hidrocarbonadas 
insaturadas 
Viscoso 
(a) Caudas hidrocarbonadas insaturada versus saturada 
(b) Colesterol no interior da 
membrana celular 
Colesterol 
Caudas hidrocarbonadas 
saturadas 
Colesterol nas membranas de células animais
Nas membranas das células animais o colesterol funciona como um 
“tampão da fluidez” .
• A 37°C (temperatura corporal humana) o colesterol diminui o
movimento dos fosfolípidos diminuindo a fluídez da membrana.
• A temperaturas mais baixas, mantêm a fluídez impedindo o
empacotamento regular das cadeias hidrocarbonadas.
Ambientes extremos 
Adaptações evolutivas
• Variações na composição lipídica de membranas celulares de muitas espécies para
manter a fluídez sob condições ambientais extremas.
Ex: bactérias e plantas conseguem alterar a proporção de fosfolípidos insaturados
das suas membranas dependendo da temperatura externa.
N-terminal 
a hélice 
C-terminal 
Lado 
Extracelular 
 
Lado 
Citoplasmático 
Proteínas Membranares
- Proteínas periféricas (ligadas à superfície da membrana)
- Proteínas integrais (penetram o interior hidrofóbico da bicamada lipídica)
• São o mosaico no modelo do mosaico fluido para as membranas.
• Podem agrupar-se e encontram-se emebebidas na matriz fluida da bicamada lipídica.
• Determinam a maioria das funções específicas das membranas.
• Constituem essencialmente duas populações: 
Estrutura de uma 
proteína transmembranar
Proteínas transmembranares- são proteínas integrais que atravessam toda a
membrana.
Regiões hidrofóbicas- consistem numa ou mais cadeia de aminoácidos não
polares, frequentemente enrolados em alfa hélices.
Regiões hidrofílicas- estão expostas às soluções aquosas de cada um dos
lados da membrana.
– Transporte
– Actividade Enzimática
– Transdução de Sinal
– Reconhecimento célula-célula
– Junção intercelular
– Ligação ao citoesqueleto e matriz extracelular
Funções das proteínas membranares
Funções das proteínas membranares
 
Enzimas 
Molécula sinalizadora 
Receptor 
Tradução do sinal 
ATP 
(a) Transporte (b) Actividade enzimática (c) Tradução de sinal 
 
Enzimas 
Molécula sinalizadora 
Receptor 
Tradução do sinal 
ATP 
(a) Transporte (b) Actividade enzimática (c) Tradução de sinal 
 
Enzimas 
Molécula sinalizadora 
Receptor 
Tradução do sinal 
ATP 
(a) Transporte (b) Actividade enzimática (c) Tradução de sinal 
a) Transporte
b) Actividade Enzimática
c) Transdução de Sinal
Canal hidrofílico- selectivo para um soluto em particular.
Proteínas transportadoras- alteram a sua forma para transportar substâncias,
outras hidrolizam ATP para obter energia para o transporte.
Proteínas membranares podem actuar como enzimas, com o local activo exposto a
substâncias em soluções adjacentes. Muitas vezes organizadas sequencialmente
numa via metabólica.
Proteína membranar (receptor) pode ter um local de ligação para um mensageiro
químico (hormona). O mensageiro externo (molécula sinalizadora) causa uma alteração
na proteína membranar, permitindo que esta transmita uma mensagem para o interior
da célula, usualmente através da ligação uma proteína citoplasmática.
Glico- 
proteína 
Funções das proteínas membranares
Algumas glicoproteínas servem como etiquetas de identificação que
especificamente reconhecidos pelas proteínas membranares de outras
células.
Proteínas membranares de células adjacentes podem juntar-se em
vários tipos de junções, tais como junções gap ou junções apertadas.
Microfilamentos ou outros elementos do citoesqueleto podem ligar-se
não covalentemente a proteínas membranares, ajudando a manter a
forma da célula e a estabilizar a localização de certas proteínas da
membrana. Proteínas que podem ligar-se a moléculas da matriz
extracelular podem coordenar alterações extracelulares e intracelulares.
d) Reconhecimento célula-célula
e) Junção intercelular
e) Ligação ao citoesqueleto e matriz extracelular
Estrutura da membrana e permeabilidade selectiva
• A célula troca materiais (açucares, aminoácidos) com o meio extracelular, num
processo controlado pela membrana plasmática.
• As membranas plasmáticas são selectivamente permeáveis, regulando o tráfego
molecular da célula.
- Moléculas não polares- (hidrofóbicas), tais como hidrocarbonetos, podem
dissolver-se na bicamada lipídica e atravessam-na facilmente .
₋ Moléculas polares- (hidrofílicas), como açúcares e iões, não atravessam
facilmente a membrana.
• Atravessam a membrana e permitem a passagem de substâncias hidrofílicas através
da membrana.
• São específicas para a substância ou grupo de substâncias que transportam (glucose
vs frutose).
Proteínas de transporte 
Podem ser:
₋ proteínas de canal, que possuem um canal hidrofílico utilizado como um túnel por certas
moléculas ou iões. Ex: aquaporinas , facilitam a passagem de água.
₋ proteínas carrier, ligam-se às moléculas e mudam a sua forma para as transportar através
da membrana.
Permeabilidade selectiva de uma membrana depende de duas barrreiras discriminantes :
• Bicamada lipídica
• Proteínas de transporte incorporadas na membrana
Difusão de uma substância através de uma
membrana sem investimento de energia.
Transporte Activo 
Transporte através da membrana
Transporte Passivo 
Utiliza energia para mover um soluto contra
o seu gradiente de concentração.
Moléculas de 
 corante Membrana (corte transversal) 
Água 
(a) Difusão de um soluto 
Net diffusion Net diffusion Equilibrium 
Transporte Passivo - Difusão 
(b) Difusão de dois solutos 
Net diffusion Net diffusion 
Net diffusionNet diffusion 
Equilibrium 
Equilibrium 
O corante difunde de onde está mais concentrado
para onde está menos concentrado (difusão a
favor do gradiente de concentração), até se
atingir o equilíbrio dinâmico: as moléculas
atravessam a membrana, a taxas
aproximadamente iguais em ambas as direções.
Cada corante difunde segundo o seu próprio
gradiente de concentração. Haverá uma difusão
net do corante roxo para a esquerda, mesmo que
a concentração inicial de soluto total seja maior
desse lado.
Difusão de um soluto
Difusão de dois solutos
• Movimento de uma substância através de uma membrana segundo o seu gradiente de
concentração, sem gasto de energia.
Osmose
Concentração de 
soluto (açucar) 
mais baixa 
Concentração 
de soluto mais 
elevada 
Molécula 
de açuçar 
H2O 
Mesma concentração 
de soluto 
Membrana 
selectivamente 
permeável 
Osmose 
- moléculas de água 
podem passar pelos poros
- moléculas de açucar não 
podem
- moléculas de água 
agrupam-se ao redor das 
moléculas de açucar
- este lado possui menos 
moléculas de soluto
- mais moléculas de água 
livres
- este lado possui mais 
moléculas de soluto
- Menos moléculas de 
água livres
Água difunde através da membrana da região de menor concentração de soluto para a região 
maior concentração de soluto, até que a concentração de soluto seja igual em ambos os lados.
Difusão de água livre através de
uma membrana selectivamente
permeável.
Osmose
Tonicidade- é a capacidade da solução circundante causar ganho ou perda de água
numa célula.
Osmose
• Solução isotónica: a concentração de soluto é a mesma que
dentro da célula; nenhum movimento net de água através da
membrana plasmática.
• Solução hipertónica: a concentração de soluto é maior do que
dentro da célula; célula perde água.
• Solução hipotónica: a concentração de soluto é menor do que
dentro da célula; célula ganha água
Dentro 
da célula
Fora
da célula
Solução hipotónica Solução isotónica Solução hipertónica 
a) Células animais (glóbulos vermelhos)
Desenvolvem-se melhor num ambiente
isotónico, a menos que tenha adaptações
especiais que compensem a entrada ou
perda de água.
b) Células vegetais
São túrgidas (firmes) e geralmente mais
saudáveis num ambiente hipotónico, onde a
parede exerce pressão de turgescência de
modo a impedir entrada de água excessiva.
Balanço hídrico das células
O modo como as células reagem às mudanças da concentração de soluto do seu meio
ambiente depende da presença ou ausência da parede celular.
Contractile vacuole 
50 µm 
Este organismo é hipertônico ao seu
ambiente, água da lagoa.
Protista unicelular Paramecium Caudatum
Osmoregulação
É o controle das concentrações de solutos e do balanço hídrico, adaptacões
necessárias para a vida em ambientes hipertónicos ou hipotónicos.
} Osmoregulação
Possui um vacúolo contráctil, que recolhe fluído
de um sistema de canais no citoplasma. Quando
cheio, o vacúolo e os canais contraem-se,
expulsando fluido da célula.
Adaptação