Introdução à Bioquímica

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H2NCONH2 NH4OCN 
A Bioquímica e a Organização das Células 
Introdução 
Os organismos vivos e as células que os 
compõem são bastante complexos e diversos, 
mas todos fazem uso dos mesmos tipos de 
biomoléculas e utilizam energia. 
A bioquímica é um campo que abrange 
muitas disciplinas, e sua natureza 
multidisciplinar permite a utilização de 
resultados de muitas ciências para responder 
questões sobre a natureza molecular dos 
processos vitais. 
Biomoléculas 
A química orgânica é o estudo dos 
compostos de carbono, hidrogênio e seus 
derivados. Logo, as biomoléculas são parte do 
assunto tratado pela química orgânica. 
Até o início do século XIX, havia uma 
crença nas “forças vitais”, que dizia que os 
compostos encontrados nos seres vivos não 
poderiam ser produzidos em laboratório. Mas, 
em 1828, Friedrich Wöhler provou o contrário 
sintetizando ureia (H2NCONH2) a partir de 
cianato de amônio (NH4OCN), um composto 
obtido a partir de uma fonte mineral (não viva). 
 
Um dos métodos mais úteis de química 
orgânica é a classificação dos compostos de 
acordo com os grupos funcionais. 
As biomoléculas são frequentemente 
compostas por apenas seis elementos: 
carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, 
enxofre e fósforo, sendo o principal o carbono, 
que possui a propriedade única de formar 
longas cadeias com outros carbonos. Essa 
capacidade de autoligação permite a formação 
de vários compostos diferentes pelo rearranjo. 
Origens da Vida 
Atualmente, a teoria cosmológica sobre 
a origem do universo mais bem aceita é a do 
big bang, uma explosão cataclísmica. 
No início, o universo tinha uma 
composição simples, havendo hidrogênio, hélio e 
lítio, formados na explosão inicial. Acredita-se 
que os elementos restantes foram produzidos 
por reações nucleares em estrelas de primeira 
geração (estrelas produzidas logo após o início 
do universo). 
Muitas dessas estrelas foram 
destruídas por explosões chamadas 
supernovas e seu material foi utilizado para 
produzir estrelas de segunda geração, como o 
sol e o sistema solar. 
Polímeros 
As células atuais são montadas a partir 
de moléculas muito grandes, como proteínas, 
ácidos nucleicos e polissacarídeos.; essas 
moléculas são muitas associações de pequenas 
moléculas. Essas moléculas pequenas 
(monômeros) podem estar ligadas para formar 
macromoléculas (polímeros). 
O carbono é tetravalente e capaz de 
formar ligações com ele mesmo e muitos 
outros elementos, dando origem a diferentes 
tipos de monômeros, como aminoácidos, 
nucleotídeos e monossacarídeos. Logo: 
Monômeros → Polímeros 
Aminoácidos → Proteínas 
Nucleotídeos → Ácidos Nucleicos 
Monossacarídeos → Polissacarídeos 
A classe de proteínas conhecidas como 
enzimas apresentam uma atividade catalítica, 
indicando que elas aumentam a velocidade de 
reações químicas 
Enzimas 
Uma das funções mais importantes das 
proteínas é a catálise., e a eficiência catalítica 
de uma enzima depende da sequência de 
aminoácidos. Logo, os aminoácidos determinam 
as propriedades de todas as proteínas. A 
sequência de aminoácidos nas proteínas é 
determinada pela sequência de nucleotídeos 
nos ácidos nucleicos. 
As enzimas aumentam a velocidade das 
reações sem serem consumidas no processo. 
Cada enzima catalisa uma reação específica e 
cada reação é catalisada por uma enzima 
diferente. As reações químicas catalisadas por 
enzimas são organizadas em muitas sequências 
de reações consecutivas, chamadas de rotas. 
O conjunto de reações degradativas e 
produtoras de energia livre é designado 
catabolismo e essa energia promove a síntese 
de ATP. Rotas que requerem injeção de energia 
são designadas anabolismo. O catabolismo e o 
anabolismo juntos constituem o metabolismo. 
Código Genético 
A descoberta de que o RNA é capaz de 
catalisar o seu próprio processamento trouxe 
implicações para a origem da vida. Antes, a 
atividade catalítica estava associada apenas as 
proteínas. O RNA passou a ser considerado por 
muitos o material codificador original. 
De acordo com o “mundo do RNA”, o 
surgimento de um RNA capaz de se 
autorreplicar foi o ponto principal da origem da 
vida. Inicialmente, o RNA catalisava e codificava 
sua própria replicação. Na competição por 
nucleotídeos, sequências autorreplicantes mais 
eficientes ganhariam e os menos eficientes 
eram extintos. Posteriormente, o DNA assumiu 
a função de material genético principal e o RNA 
assumiu a síntese de proteínas. 
Algumas teorias da origem da vida 
concentram-se na importância das proteínas 
pela pronta formação de aminoácidos sob 
condições abióticas. Os proteinóides, que são 
polímeros de aminoácidos sintetizados 
artificialmente são comparáveis às proteínas 
reais. De acordo com essa teoria, proteinóides 
formaram-se nos oceanos da Terra primitiva e 
se agregaram a outras biomoléculas formando 
protocélulas (precursoras das células reais). 
Recentemente, foram feitas tentativas 
de combinar teorias para formar uma teoria 
de dupla-origem. Ela diz que o desenvolvimento 
da catálise e o desenvolvimento de um sistema 
codificador aconteceu separadamente, e a 
combinação dos dois produziu a vida, como diz 
a teoria que afirma que a vida iniciou na argila 
(material codificador estava na argila). 
Formação prebiótica de compostos simples
Produção de moléculas de RNA curtas
Replicação de segmentos de RNA 
catalíticos autoduplicantes
Síntese de peptídeos específicos, 
catalisada por RNA
Aumento do papel dos peptídeos na 
replicação do RNA
Formação de RNA genômico e 
catalisadores RNA-proteína
RNA genômico começa a ser copiado em 
DNA
Genoma de DNA, tradução em complexos 
RNA-proteína com catalisadores de proteína
Procariontes e 
Eucariontes 
Tanto os procariontes como os 
eucariontes contêm DNA. O DNA total de uma 
célula é chamado de genoma. As unidades 
hereditárias individuais, que controlam 
características codificando uma proteína ou um 
RNA funcional, são os genes. 
Além disso, ambos possuem a 
membrana plasmática que separa a célula do 
ambiente. Esta é composta por lipídeos e 
proteínas, sendo extremamente flexível. 
O volume interno envolto pela 
membrana plasmática, o citoplasma, é 
composto por uma solução aquosa, o citosol, e 
por uma variedade de organelas em 
eucariontes. 
Os seres procariontes (bactérias e as 
cianobactérias) são organismos unicelulares 
com um núcleo não delimitado por membrana, o 
nucleoide e com ausência de organelas. 
Os seres eucariontes são uni ou 
pluricelulares com um núcleo delimitado pelo 
envelope nuclear e com presença de organelas, 
sendo também maiores que os procariontes. 
Uma organela é uma parte de célula que 
exerce função distinta, envolvida por sua 
própria membrana. As mitocôndrias (organelas 
respiratórias) e o reticulo endoplasmático são 
comuns a todos eucariontes. Os ribossomos, 
sítios de síntese proteica, são ligados ao reticulo 
endoplasmático rugoso em eucariontes e em 
procariontes estão livres no citosol. Os 
cloroplastos, organelas fotossintéticas, são 
encontrados em vegetais e algas verdes, nas 
quais ocorre a fotossíntese. Em procariontes 
fotossintetizantes, as reações ocorrem nos 
cromatóforos, que são extensões da 
membrana plasmática. 
Além da membrana celular e externa a 
ela, as bactérias procariontes possuem uma 
parede celular, formada por polissacarídeos, 
assim como ocorre nos vegetais eucariontes. 
As células animais não possuem parede 
celular nem cloroplastos, assim como alguns 
protistas. 
O nucleoide dos procariontes contém 
uma única molécula de DNA circular e o 
citoplasma contém um ou mais segmentos de 
DNA circular chamados de plasmídeos. 
Organela Procariontes Eucariontes 
Núcleo Sem núcleo 
definido 
Presente 
Membrana 
plasmática 
Presente Presente 
Mitocôndrias Ausente Presente 
Reticulo 
endoplasmático 
Ausente Presente 
Ribossomos Presentes Presentes 
 
Cloroplastos 
 
Ausentes 
Presente 
em vegetais 
verdes 
Organelas dos Eucariontes 
O núcleo é a organela mais importantes, 
sendo envolvido pelo envelopenuclear e 
constituído de nucléolo, rico em RNA. O RNA da 
célula é sintetizado a partir de um DNA e 
exportado para o citoplasma, sendo destinado 
aos ribossomos. A cromatina, um agregado de 
DNA e proteína, também é visto no núcleo. 
Quando a célula vai se dividir, as fibras soltas 
da cromatina enrolam-se, formando os 
cromossomos. Os genes são parte do DNA 
encontrado em cada cromossomo. 
A segunda organela mais importante é 
a mitocôndria, que possui membrana dupla. A 
membrana externa é lisa, mas a membrana 
interna apresenta muitas dobras, as cristas e 
seu interior é chamado de matriz. Os processos 
de oxidação que ocorrem nas mitocôndrias 
produzem energia para a célula. 
A terceira organela mais importante 
são os cloroplastos, sítios onde ocorre a 
fotossíntese em plantas verdes e algas. 
O retículo endoplasmático (RE) é parte 
de um sistema de membranas contínuas e 
ocorre sob duas formas: liso e rugoso. O 
retículo endoplasmático rugoso (RER) está 
recoberto de ribossomos, sendo responsável 
pela síntese proteica. O retículo endoplasmático 
liso (REL) não possui ribossomos e é o local de 
síntese de lipídeos, além de transportar e 
armazenar substâncias. 
O complexo de Golgi é formado por 
vesículas membranosas e está envolvido na 
secreção de proteínas para fora da célula. 
Os lisossomos são vesículas delimitadas 
preenchidas com enzimas digestivas para 
degradar restos celulares não necessários 
(digestão intracelular). 
Os peroxissomos são semelhantes aos 
lisossomos, contendo enzimas (catalase) 
envolvidas no metabolismo do peróxido de 
hidrogênio (H2O2), que é tóxico, convertendo-o 
em H2O e O2. 
Os glioxissomos são encontrados em 
vegetais e contêm enzimas que catalisam o 
ciclo do glioxilato, uma rota que converte 
lipídeos em carboidratos. 
O citosol é um líquido viscoso que possui 
um retículo de fibras finas constituído por 
proteínas. Esse citoesqueleto está conectado a 
todas as organelas. 
A membrana plasmática separa a célula 
do mundo exterior e algumas de suas proteínas 
transportam substâncias através de sua 
barreira. O transporte pode permitir a entrada 
de células (endocitose) ou a saída (exocitose). 
As células vegetais e as algas possuem 
paredes celulares externas à membrana 
plasmática composta de celulose. 
Além disso, grandes vacúolos estão 
presentes nos vegetais, que são vesículas 
envolvidas por uma membrana. Sua função é 
isolar substâncias residuais tóxicas para a 
célula. Tais produtos podem desencorajar a sua 
ingestão por herbívoros, constituindo um 
mecanismo de defesa para o vegetal. 
Organelas Função 
 
Núcleo 
Localização do 
genoma principal e 
sítio da síntese de 
DNA e RNA 
Mitocôndria Respiração celular e 
produção de energia 
 
Cloroplasto 
Fotossíntese em 
plantas verdes e 
algas 
Retículo 
Endoplasmático 
Rugoso 
Coberto por 
ribossomos e 
responsável pela 
síntese proteica 
 
Retículo 
Endoplasmático Liso 
Síntese de lipídeos; 
transporta e 
armazena 
substâncias 
Complexo de Golgi Secreção de 
proteínas pela célula 
Lisossomos Digestão intracelular 
Peroxissomos Oxidação de H2O2 
Membrana 
plasmática 
Separa o conteúdo 
da célula do mundo 
exterior; transporte 
Parede Celular Camada exterior 
rígida de vegetais 
 
Vacúolo 
Acumula resíduos 
tóxicos (células 
vegetais) 
Classificação Biológica 
O sistema de classificação em cinco 
reinos leva em consideração as diferenças 
entre procariontes e eucariontes e dentro dos 
eucariontes se não parecem ser animais ou 
vegetais. 
O reino Monera é constituído apenas 
por procariontes (bactérias e cianobactérias). 
Os outros reinos são constituídos por 
eucariontes. O reino Protista inclui unicelulares, 
como leveduras. O reino Fungi inclui bolores e 
cogumelos. O reino Plantae, plantas e o reino 
Animalia, animais. 
 
Existem também dois grandes grupos 
de microrganismos unicelulares distintos: 
Bacteria (eubactérias, as bactérias 
“verdadeiras”) e Archaea (arqueobactérias, as 
bactérias “primitivas”). Esses grupos entram na 
classificação biológica de três domínios: 
Bacteria, Archaea e Eucarya (eucariontes). 
Teoria Endossimbiótica 
A simbiose tem um papel importante 
nas teorias do surgimento dos eucariontes. 
Na endossimbiose, seres estão contidos 
no interior de um organismo hospedeiro. Um 
exemplo é o protista Cyanophora paradoxa, um 
hospedeiro eucarionte que contém um número 
determinado de cianobactérias. Elas realizam 
fotossíntese em troca de proteção, enquanto 
a hospedeira ganha os produtos restantes. 
Esse arranjo é considerado um modelo para a 
origem dos cloroplastos, pois com o passar do 
tempo as cianobactérias perderiam a 
capacidade de existir independentemente e se 
tornariam organelas 
Já na origem da mitocôndria, uma célula 
hospedeira anaeróbica assimila algumas 
bactérias aeróbicas. A hospedeira fornece 
proteção e nutrientes e as bactérias auxiliam 
na oxidação de nutrientes de forma aeróbica, 
aumentando a eficiência energética da célula 
maior. Com o tempo, os dois organismos 
evoluem para um organismo aeróbico, que 
contêm mitocôndrias derivadas das bactérias. 
Células e Energia 
Todas as células necessitam de energia. 
O Sol é a fonte de energia para toda a vida na 
Terra. Organismos fotossintéticos (autótrofos), 
por meio do processo de redução, captam a 
energia solar e convertem CO2 e H2O em 
carboidratos e O2. Organismos não 
fotossintéticos (heterótrofos) consomem 
esses carboidratos e utilizam-nos como fonte 
de energia pelo processo de oxidação. 
As reações que liberam energia são 
favorecidas energicamente, ao passo que as 
que requerem energia são desfavorecidas. 
A hidrólise do ATP em ADP é uma 
reação que libera energia e esta energia 
permite a ocorrência de reações que a 
requeiram. A redução (liberação) de energia 
leva a um estado mais estável do sistema.