Composição molecular das células

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Macromoléculas
Componentes químicos das células
Marianna Boia Ferreira
Biologia Celular
Seres Vivos = formados por células
Unidades de Matéria Viva 
(compartilham de uma mesma maquinaria 
para a maioria de suas funções básicas)
Bactéria Vibrio cholerae
As três maiores divisões (domínios) do mundo vivo.
Levedura Saccharomyces cerevisae
Drosophila melanogaster
Camundongo
Humano
Salvia divinorum
Esses organismos são extraordinariamente diversos. Todos com algo em comum. Organismos VIVOS. Todos compostos por células. Pequenas unidades delimitadas por membranas com uma solução aquosa cheia de produtos químicos e capazes de criarem cópias de si mesmas pelo crescimento e divisão.
Bebê e dongo têm mutações no mesmo gene (kit) – desenvolvimento e manutenção das células pigmentares
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Biologia Celular
Célula Eucariótica
Estruturas
Organelas
Processos Celulares
Moléculas?
Célula animal típica
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Os principais elementos das células
Vermelho 96,5% do peso de um organismo e 99% do número total de átomos do corpo humano
Azul 0,9% do peso
Verde necessários em quantidades traço
Amarelo incerto se são essenciais para a vida
Química da vida predominantemente os elementos mais leves
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Uma célula é formada de compostos de carbono
C possui a habilidade de realizar ligações covalentes fortes
Habilidade do carbono em formar fortes ligações covalentes
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Não polares
Não formam ligações de hidrogênio
Geralmente insolúveis em água
Hidrocarbonetos: organização dos átomos de carbono em cadeia
Não polares, não formam ligações de hidrogênio e são geralmente insolúveis em água
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Grupos químicos envolvendo ligações C-O
Frisar nomenclatura: hidroxila, carbonila, carboxila
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Água
Molécula Polar
Um extremidade levemente carregada negativamente e a outra levemente carregada positivamente: isso faz com que a molécula de água seja polar.
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Moléculas hidrofílicas
Se dissolvem prontamente em água
 Iônicas
 Polares
Substâncias que se dissolvem prontamente. Iônicas (carga dos íons atraem moléculas de água) ou polares (formam pontes de hidrogênio com as moléculas de água)
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Moléculas hidrofóbicas
Insolúveis em água
Predominam ligações apolares
Ex.: hidrocarbonetos
Insolúveis em água
Predominam ligações apolares
Hidrocarbonetos
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Ligações não covalentes
Van der Walls, atrações eletrostáticas e ligações de hidrogênio
Repulsão pela água de grupos hidrofóbicos
1/20
Ligações não-covalentes: van der Walls, atrações eletrostáticas e ligações de hidrogênio. Adicionalmente, tem a repulsão pela água de grupos hidrofóbicos.
Todas são importantes no dobramento das macromoléculas biológicas.
1/20 da força, mas quando muitas se formam simultaneamente a ligação fica bem forte.
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Interações não covalentes
Composição Química aproximada de uma célula bacteriana
Falar da questão dos lipídios, se são ou não considerados macromoléculas. A maioria é sintetizada como polímeros lineares de uma molécula menor (grupo acetil do acetil coA) e eles também se organizam em estruturas maiores (membranas biológicas). Essas são características que os lipídios compartilham com as outras macromoléculas. 
Perceber que a célula é composta principalmente de água e proteínas.
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Table 2-3 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Composição Química aproximada de uma célula de mamífero típica
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Perceber que a porcentagem de fosfolipídeos da célula de mamífero é ligeiramente maior do que nas bactérias, por causa das membranas das organelas que não estão presentes nas bactérias.
As células contêm quatro famílias principais de pequenas moléculas orgânicas
Composição Química das Células
Compostos de carbono (C)
Moléculas Poliméricas
Açúcares
Ácidos Graxos
Aminoácidos
Nucleotídeos
Blocos constitutivos das células
Grandes unidades das células
Polissacarídeos
Gorduras, Lipídeos, Membranas
Proteínas
Ácidos Nucleicos
As quatro principais famílias de moléculas encontradas nas células.
Polissacarídeos
Monômeros: Monossacarídeos
(CH2O)n
Feitos de monômeros
3 a 8 C
Observar o número de carbonos e a questão de sempre ter dois ou mais grupos OH
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Polissacarídeos
Monômeros: Monossacarídeos
Aldose
Cetose
(CH2O)n
Observar que o grupo aldeído ou cetona reage com uma das OH da molécula e que isso tende a acontecer em solução aquosa
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Polissacarídeos
Geração da enorme variedade de açúcares
Arranjo diferente dos grupos ao redor do C
Diferença somente na organização espacial: diferenças mínimas nas propriedades químicas mas reconhecidos de forma diferente por enzimas e outras proteínas
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Derivados de açúcares
Substituição do grupo hidroxila de um monossacarídeo
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Polissacarídeos
Polimerização
Ligação Glicosídica
Tipo de Ligação
Onze dissacarídeos
constituídos de duas unidades de D-glicose
Geração da enorme variedade de açúcares
Ligação glicosídica: carbono que carrega o aldeído ou cetona reage com um grupo hidroxila
Maltose, lactose e sacarose são exemplos de dissacarídeos
Tipos de ligações glicosídicas: alfa ou beta dependendo da posição do grupo hidroxil do carbono que carrega o grupo aldeído ou cetona; assim que liga, a posição do grupo hidroxil fica mantida
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Polissacarídeos
Linear e Ramificado
Simples repetição de subunidades
Podem ser lineares ou ramificados
Exemplo: glicogênio – unidades de glicose unidas
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Polissacarídeos
Simples e Complexos
Ligados a Proteínas ou lipídeos
Nos complexos a sequência de açúcares não é repetitiva.
Geralmente estão ligados à proteínas ou lipídeos
Grupo sanguíneo, por exemplo
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Função dos Monossacarídeos e Polissacarídeos:
- Produção (glicose) e Reserva de Energia (glicogênio/amido)
- Sustentação Mecânica (celulose/quitina)
- Compõem: glicolipídeos e glicoproteínas (proteção/informação)
Lipídeos
Ácidos Graxos
Grande maioria ligado
 covalentemente a 
outras moléculas.
Insaturado
Saturado
= Insolubilidade em água
= Solubilidade em solventes orgânicos
*Contêm longas cadeias hidrocarbonadas ou múltiplas estruturas cíclicas.
Hidrocarbonetos: átomos de H e C se combinam, formando moléculas apolares
Existem centenas de tipos diferentes de ácido graxos
Insaturação: ligação dupla entre dois carbonos - rígida
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Triacilglicerol
Lipídeos
Triglicerídeos
Reserva energética
Ligação éster com o glicerol
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Glicolipídeos
Lipídeos
Fosfolipídeos
Membranas Celulares: compostas 
principalmente de fosfolipídeos
Estrutural
Fosfolipídeos: 14 a 24 átomos de C; geralmente 1 cauda com instauração
Dois dos grupos OH do glicerol estão ligados à ácidos graxos, enquanto um terceiro grupo OH está ligado à um ácido fosfórico. O fosfato ainda se liga à uma série de grupos polares. Cabeça polar fica mais representativa que a parte polar dos TGs.
Glicolipídeos: duas caudas hidrocarbonads longas e uma região polar que contém um ou mais açúcares – NÃO TÊM FOSFATO
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Agregados lipídicos
Fosfolipídeos e Glicolipídeos
Lipídeos
Anfipatia
Agregados lipídicos
Em cima: ácidos graxos formando um filme na superfície ou pequenas micelas.
Fosfolipídeos e glicolipídeos formam bicamadas lipídicas autosselantes – base das membranas celulares.
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Esteróides
Lipídeos
Funções dos Lipídeos: Reserva Energética
		 Construção de Membranas Biológicas
			 Sinalização celular
Colesterol
Estrutural
Esteroides: estrutura em anel em comum. 1 colesterol para um fosfolípídeo – membrana mais rígida
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Maior parte da massa seca de uma célula
Unidades fundamentais da célula → maior parte das funções celulares
São as moléculas estruturalmente mais complexas e funcionalmente mais sofisticadas que conhecemos
Proteínas = polipetídeos
Proteínas
Proteínas
Monômeros: Aminoácidos
VARIABILIDADE
Cadeias laterais: porções dos aminoácidos que não estão envolvidas na formação da ligação peptídica; conferem a cada aminoácidos suas propriedades únicas
Maior parte da massa seca de uma célula
São as unidades fundamentais da célula e executam a maior parte das funções celulares
São as moléculas estruturalmente mais complexas e funcionalmentemais sofisticadas que conhecemos
Proteínas = polipetídeos
Cadeias laterais: porções dos aminoácidos que não estão envolvidas na formação da ligação peptídica; conferem a cada aminoácidos suas propriedades únicas
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Proteínas
Monômeros: Aminoácidos
20 tipos de aminoácidos:
Ácidos
Básicos
Polares
Não-Carregados
Aminoácidos Polares
Aminoácidos Apolares
Proteínas
Proteínas são longos polímeros de aminoácidos ligados por ligações peptídicas, e elas são sempre sintetizadas com a extremidade N-terminal na esquerda.
Ligação Peptídica
Proteínas
Uma molécula de proteína consiste em uma longa cadeia não ramificada de aminoácidos
Cada aminoácido está ligado ao aminoácido subjacente por ligações peptídicas covalentes
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Importância das ligações não covalentes nas proteínas
Ala-Asp-Asp-Tyr-Arg
Gly-Lys-Ser-Pro-Thr
Phe-Glu-Gln-Glu-Asn
Ala-Val-Leu-Ile-Trp
Qual dos seguintes trechos de resíduos de aminoácidos você esperaria encontrar no interior de moléculas de proteína?
Organismo: ambiente aquoso
Proteínas
As propriedades coletivas das cadeias 
laterais dos aminoácidos são a base da 
diversidade e da sofisticação das funções
das proteínas.
Conformação das proteínas: conformação de menor energia
Sequência de aminoácidos → estrutura tridimensional da proteína
???
Enovelamento de uma cadeia polipeptídica: determinado por um conjunto de ligações não covalente fracas que se formam entre uma parte e outra da cadeia – tanto átomos da cadeia principal quanto átomos da cadeia lateral
Três tipos de ligações fracas: ligações de hidrogênio, atrações eletrostáticas e atrações de van der Waals (30 a 300 vezes mais fracas que as ligações covalentes típicas que foram as moléculas biológicas)
Mas muitas ligações fracas agido em conjunto podem manter duas regiões de uma cadeia polipeptídica fortemente unidas – determina a estabilidade de cada forma enovelada
Um quarto tipo de força: combinações de forças hidrofóbicas – também tem papel central na determinação da estrutura de uma proteína. No caso as cadeias laterais apolares de certos aminoácidos tendem a se agrupar em um meio aquoso a fim de minimizar o seu efeito desorganizador sobre a rede de ligações de hidrogênio das moléculas de água.
As cadeias laterais apolares (hidrofóbicas) (ex.: fenilalanina, leucina, valina e triptofano) tendem a se agrupar no interior da molécula (como gotas de óleo na água). Evitam o contato com a água que as cerca no interior de um célula.
Ao contrário, por exemplo, arginina, glutamina e histidina, tendem a se posicionar na superfície da molécula, onde podem formar ligações de hidrogênio com a água e com outras moléculas polares. Os polares no interior da molécula geralmente formam ligações de hidrogênio com outros aminoácidos polares ou com a cadeia principal polipeptídica.
AS PROTEÍNAS SE ENOVELAM NA CONFORMAÇÃO DE MENOR ENERGIA. A maioria das proteínas têm uma estrutura tridimensional particular, que é determinada pela sequência de aminoácidos na sua cadeia. A estrutura final a gente chama de CONFORMAÇÃO. Aquela que minimiza a sua energia livre.
Uma proteína pode ser desnaturada por diferentes meios, e normalmente quando as condições desnaturantes são retiradas, a proteína renatura na sua conformação original, o que indica que a sequência de aminoácidos contém toda a informação necessária para a especificação da estrutura tridimensional de uma proteína. Essa única conformação estável em geral varia levemente quando a proteína interage com outras moléculas dentro da célula. Essa variação na forma normalmente é crucial para a função da proteína.
Mesmo com essa propriedade, proteínas especiais chamadas chaperonas moleculares podem ajudar no processo de enovelamento proteico dentro da célula.
Maioria têm entre 50 e 2000 aminoácidos.
Pergunta: quando os cientistas serão capazes de, a partir de uma sequência de aminoácidos, determinar a estrutura tridimensional de uma proteína e suas propriedades químicas? Quais são as informações essenciais necessárias para se atingir esse objetivo? AINDA NÃO SABEMOS
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As proteínas se dobram na conformação de menor energia
Diferentes maneiras de mostrar a estrutura de uma proteína
Proteínas- níveis de organização
Estrutura 
Primária
Sequência
aminoacídica
Estrutura 
Secundária
Estrutura formada por interações de pequena distância
Estrutura 
Terciária
Estrutura formada por interações mais distantes 
Conformação Tridimensional
Estrutura
Quaternária
Complexo formado por mais de uma cadeia polipeptidica
Quatro níveis de organização na estrutura de uma proteína.
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α-hélice
Folha β
Proteínas
Estrutura secundária
Embora a conformação final de cada proteína seja única, dois padrões de enovelamento são frequentemente encontrados dentro delas. 
A alfa-hélice foi primeiro encontrada na alfa-queratina (cabelo, chifres e unhas). 
A folha-beta foi primeiramente descrita na fibroína, uma proteína da seda.
Esses padrões são particularmente comuns, pois resultam da formação de ligações de hidrogênio na cadeia principal, sem envolver as cadeias laterais dos aminoácidos.
Assim, esses motivos estruturais podem ser compostos por diferentes sequências de aminoácidos, embora algumas cadeias laterais de aminoácidos não sejam compatíveis com essas formas de enovelamento.
Ambos os tipos de folhas-beta produzem estruturas bastante rígidas mantidas por ligações de hidrogênio que interligam as ligações peptídicas de cadeias vizinhas.
Uma hélice-alfa é formada quando uma única cadeia polipeptídica enrola-se sobre si mesma para formar um cilindro rígido. Uma volta completa a cada 3,6 resíduos de aminoácidos.
Alfa-hélices são abundantes em proteínas localizadas em membranas. Geralmente os aminoácidos que compõem essas alfa-hélices têm cadeias laterais hidrofóbicas. A cadeia polipeptídica principal, que é hidrofílica, faz ligações de hidrogênio com ela mesma, formando uma alfa-hélice protegida do ambiente lipídico e hidrofóbico da membrana pelas suas cadeias apolares protuberantes.
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α - hélice
Mais comum
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Folha β
Proteínas
Proteínas
 Constituem a maior parte da massa celular seca
 Envolvidas em praticamente TODAS as funções celulares
 Interagem entre si e com outras macromoléculas
-As proteínas são as moléculas estruturalmente mais complexas e funcionalmente mais sofisticadas das células.
Imunoglobulina
Receptor Celular para Glicose
RNA polimerase
Imunoglobulina
Receptor Celular para Glicose
Cinesina
RNA polimerase
Proteínas
Funções
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Ácidos nucleicos
Ácidos Nucleicos
Nucleotídeos
DNA e RNA
Anel que contém N 
Açucar de 5 C
Pentose
1 ou + grupos fosfato
São as 
subunidades
dos ácidos
 nucleicos
OH
H
Ribose
Desoxirribose
RNA
DNA
NucleoTídeo
NucleoSídeo
Ácidos Nucleicos
Bases
 Nitrogenadas
Pirimidina
Purina
Uracila
Timina
Citosina
Guanina
Adenina
	BASE	Nucleotídeo	Abreviatura
	Adenina	Adenosina	A
	Guanina	Guanosina	G
	Citosina	Citidina	C
	Timina	Timidina	T
	Uracila	Uridina	U
Ácidos Nucléicos
Os nucleotídeos são ligados entre si por ligações FOSFODIÉSTER entre os carbonos 5’ e 3’ para formar os
ácidos nucleicos.
Pentose
BASE
FOSFATO
Sequência Nucleotídica (5´-3’)
G A T C
Funções dos Ácidos Nucleicos: 
Codificar a informação genéticas
Processos Celulares 
transcrição DNA -> RNA/ tradução RNA -> proteína
Ácidos Nucléicos
RNA : simples fita
1 cadeia de polinucleotídeos
Lábil, cópia do DNA
Ácidos Nucléicos
DNA : dupla-fita
2 cadeias de polinucleotídeos
Anti-paralelas
Ácidos Nucléicos
A dupla hélice do DNA
Estrutura do DNA (1953) 
Watson e Crick Prêmio Nobel Medicina 1962
Bases Macromoleculares da Célula
fatty 
acid
fats, lipids, membranes
Bases Macromoleculares da Célula
CARACTERÍSTICAS UNIVERSAIS DAS CÉLULAS
Todas as células guardam sua informação hereditária no mesmo código químico linear (DNA)
Todas as células replicam sua informação genética por polimerização a partir de um molde
Todas as células transcrevem partes da informação hereditária em uma mesma forma intermediária (RNA)
Todas as células traduzem oRNA em proteínas da mesma maneira
Estima-se que existam mais de 10 milhões (talvez 100 milhões) de espécies na Terra. Cada uma das espécies é diferente e capaz de se reproduzir fielmente (hereditariedade). A maioria dos organismos é unicelular, outros são multicelulares com células especializadas. Contudo, tanto uma bactéria quanto um organismo humano com mais de 10.000.000.000.000 (10 trilhões, 10*13) de células, o organismo foi gerado a partir da divisão de uma única célula.
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DOGMA DA BIOLOGIA MOLECULAR
A rota do DNA à Proteína
CARACTERÍSTICAS UNIVERSAIS DAS CÉLULAS
Todas as células usam proteínas como catalisadores
O fragmento da informação genética que corresponde a uma proteína é um gene
Todas as células funcionam como fábricas bioquímicas que utilizam os mesmos blocos moleculares básicos de construção
Todas as células são envoltas por uma membrana plasmática através da qual devem passar nutrientes e materiais descartáveis
Estima-se que existam mais de 10 milhões (talvez 100 milhões) de espécies na Terra. Cada uma das espécies é diferente e capaz de se reproduzir fielmente (hereditariedade). A maioria dos organismos é unicelular, outros são multicelulares com células especializadas. Contudo, tanto uma bactéria quanto um organismo humano com mais de 10.000.000.000.000 (10 trilhões, 10*13) de células, o organismo foi gerado a partir da divisão de uma única célula.
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