Memorial bioquimica e biofisica

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FACULDADE ORÍGENES LESSA
Licenciatura Em Ciências Biológicas
Silvia Renata Munhoz
MEMORIAL DESCRITIVO DE BIOQUÍMICA E BIOFÍSICA
Lençóis Paulista, São Paulo
01 de agosto de 2020
SUMÁRIO
1. Introdução
2. Memorial descritivo
2.1. Introdução a Bioquímica
2.2. Visão geral do metabolismo
2.3. Aminoácidos
2.4. Lipídeos
2.5. Proteínas
2.6. Hemoglobina, mioglobina, contração muscular e anticorpos
2.7. Água, pH e tampões
2.8. Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa
3. Conclusão
4. Referências bibliográficas
1. INTRODUÇÂO
Possuo graduação em Licenciatura em Pedagogia pela Universidade Norte do Paraná (2010). Sou especialista em Psicopedagogia Institucional (2014), especialista em Gestão escolar (2018) e especialista em Psicomotricidade (2018). Tenho experiência com Orientação pedagógica, atuando como Pedagoga na SEED/PR. Atualmente sou professora de educação infantil e ensino fundamental (4 a 10 anos) na Prefeitura Municipal de Itambaracá, desde 1994. E faço parte da equipe de orientação pedagógica da Escola Estadual Marcílio Dias, contratada pela SEED/PR. Tenho experiência na área de Educação, com ênfase em Educação infantil, orientação pedagógica, ensino lúdico, contação e dramatização de histórias promovendo uma aprendizagem significativa, uma educação inclusiva e o respeito a diversidade. Em minha incessante busca pelo conhecimento e amor pela área de ensino público, resolvi sair de minha zona de conforto e cursar a Licenciatura em Biologia, que é meu sonho desde criança.
Na disciplina de bioquímica e biofísica, foi possível aprender com os desafios propostos, bem como criar modelos didáticos para aulas práticas e discussões em sala de aula. Neste memorial serão descritos aspectos que somaram à aprendizagem durante o estudo da disciplina.
2. MEMORIAL DESCRITIVO
2.1 Introdução a Bioquímica
A bioquímica é uma ciência que estuda principalmente a química dos processos biológicos que ocorrem em todos os seres vivos.
Os bioquímicos utilizam ferramentas e conceitos da química, particularmente da química orgânica e físico-química, para a elucidação do sistema vivo. É frequentemente confundida com a biologia molecular, a genética e a biofísica, que são áreas de estudo profundamente relacionadas com a bioquímica mas distintas entre si.
A bioquímica é voltada principalmente para o estudo da estrutura e função de componentes celulares como proteínas, carboidratos, lipídios, ácidos nucléicos e outras biomoléculas. Recentemente a bioquímica tem se focalizado mais especificamente na química das reações enzimáticas e nas propriedades das proteínas. Algumas de suas pesquisas são exames de sangue, células tronco e DNA.
2.2 Visão geral do metabolismo
As células estão constantemente realizando milhares de reações químicas necessárias para manter as células, e seu corpo como um todo, vivos e saudáveis. Essas reações químicas estão geralmente conectadas em cadeias ou vias. Todas as reações químicas que ocorrem dentro de uma célula são coletivamente chamadas de metabolismo da célula.
Na rede metabólica da célula, algumas das reações químicas liberam energia e podem acontecem espontaneamente (sem inserção de energia). No entanto, outras precisam de energia adicional para serem realizadas. Assim como você continuamente deve comer alimentos para substituir o que seu corpo usa, as células precisam de um fluxo contínuo de energia para alimentar suas reações químicas que requerem energia. Na verdade, o alimento que você come é a fonte de energia utilizada por suas células.
O metabolismo é constituído por dois conjuntos de reações denominados de anabolismo e catabolismo. O anabolismo relaciona-se com a síntese de compostos orgânicos estruturais e funcionais, tais como proteínas de membrana, enzimas e hormônios. Essas reações são fundamentais para o desenvolvimento de um organismo e para reparar danos nas células.
O catabolismo, por sua vez, envolve algumas reações que têm por função degradar substâncias orgânicas para obtenção de ATP, ou seja, para conseguir energia. Diferentemente do anabolismo, o catabolismo atua fornecendo energia para que importantes atividades possam ser realizadas, tais como a movimentação, respiração, controle da temperatura e ação do nosso sistema nervoso.
É importante destacar que o anabolismo necessita de energia para acontecer. Isso significa que o catabolismo tem influência direta sobre o anabolismo, pois atua fornecendo energia para a síntese de biomoléculas.
Existe ainda o que chamamos de metabolismo basal, uma expressão utilizada para designar a energia mínima disponível no nosso corpo para que ele funcione adequadamente. Essas reações devem ser capazes de garantir, por exemplo, o bombeamento de sangue pelo coração, as atividades normais do sistema nervoso e a respiração.
A velocidade do metabolismo varia de pessoa para pessoa e, apesar de muitos pesquisadores não acreditarem que um metabolismo lento pode influenciar na obesidade, pesquisas recentes sugerem que um gene presente no DNA de muitos obesos realmente altera o metabolismo e atua no aumento do peso. Vale destacar, no entanto, que essa condição é bastante rara.
2.3 Aminoácidos
Aminoácidos são substâncias orgânicas que apresentam em sua constituição dois grupos funcionais diferentes: uma carboxila (referente aos ácidos carboxílicos) e um amino (referente à amina).
Na estrutura de um aminoácido, o grupo amino e a carboxila não estão ligados diretamente. Na realidade, eles estão ligados de forma indireta, pois o grupo amino está sempre ligado ao carbono de número 2 da cadeia.
De uma forma geral, um aminoácido é referido como α-aminoácido. O termo alfa indica que o grupo amino, em qualquer aminoácido, está ligado no carbono 2, a partir da carboxila.
A união de dois ou mais α-aminoácidos leva à formação das proteínas, macromoléculas que apresentam diversas funções importantes para um organismo. Entre as funções das proteínas, podemos citar:
· Estrutural: construção de tecidos no organismo, como o muscular;
· Enzimática: formação de enzimas que atuam em reações químicas;
· Defesa: na formação de anticorpos;
· Transporte: transporte de triglicerídeos e colesterol, por exemplo;
· Hormonal: produção de hormônios.
2.4 Lipídeos
Os lipídios ou gorduras são moléculas orgânicas insolúveis em água e solúveis em certas substâncias orgânicas, tais como álcool, éter e acetona.
Também chamados lípidos ou lipídeos, essas biomoléculas são compostas por carbono, oxigênio e hidrogênio.
Podem ser encontrados em alimentos de origem vegetal e de origem animal e seu consumo deve ser feito de forma equilibrada.
Os lipídios apresentam funções importantes para o organismo, confira a seguir:
· Reserva de energia: utilizada pelo organismo em momentos de necessidade, e está presente em animais e vegetais;
· Isolante térmico: nos animais as células gordurosas formam uma camada que atua na manutenção na temperatura corporal, sendo fundamental para animais que vivem em climas frios;
· Ácidos graxos: estão presentes nos óleos vegetais extraídos de sementes, como as de soja, de girassol, de canola e de milho, que são usados na síntese de moléculas orgânicas e das membranas celulares.
· Absorção de vitaminas: auxiliam a absorção das vitaminas A, D, E e K que são lipossolúveis e se dissolvem nos óleos. Como essas moléculas não são produzidas no corpo humano é importante o consumo desses óleos na alimentação.
· Os lipídios são ésteres, isso quer dizer que são compostos por uma molécula de ácido (ácido graxo) e uma de álcool (glicerol ou outro).
São insolúveis em água porque suas moléculas são apolares, ou seja, não têm carga elétrica e por esse motivo não possuem afinidade pelas moléculas polares da água.
Tipos de Lipídios e Exemplos serão listados abaixo:
· Carotenoides: São pigmentos alaranjados presentes nas células de todas as plantas que participam na fotossíntese junto com a clorofila, porém desempenha papel acessório. Um exemplo de fonte de caroteno é a cenoura, que ao ser ingerida, essa substância se torna precursora da vitamina A, fundamental paraa boa visão. Os carotenoides também trazem benefícios para o sistema imunológico e atuam como anti-inflamatório.
· Ceras: Estão presentes nas superfícies das folhas de plantas, no corpo de alguns insetos, nas ceras de abelhas e até mesmo aquela que há dentro do ouvido humano.
· Esse tipo de lipídeo é altamente insolúvel e evita a perda de água por transpiração. São constituídas por uma molécula de álcool (diferente do glicerol) e 1 ou mais ácidos graxos.
· Fosfolipídios: São os principais componentes das membranas das células, é um glicerídeo (um glicerol unido a ácidos graxos) combinado com um fosfato.
· Glicerídeos: Podem ter de 1 a 3 ácidos graxos unidos a uma molécula de glicerol (um álcool, com 3 carbonos unidos a hidroxilas-OH). O exemplo mais conhecido é o triglicerídeo, que é composto por três moléculas de ácidos graxos.
· Esteroides: São compostos por 4 anéis de carbonos interligados, unidos a hidroxilas, oxigênio e cadeias carbônicas. Como exemplos de esteroides, podemos citar os hormônios sexuais masculinos (testosterona), os hormônios sexuais femininos (progesterona e estrogênio), outros hormônios presentes no corpo e o colesterol.
2.5 Proteínas
Proteína é um tipo de substância formada a partir de um conjunto de aminoácidos ligados entre si (ligações denominadas de peptídicas). Em outras palavras, as proteínas são compostas por moléculas de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.
É preciso destacar que existem apenas 20 tipos de aminoácidos, os quais se ligam de forma variada para originarem diferentes proteínas. Uma rede longa de aminoácidos é chamada de polipeptídio, sendo que toda proteína é constituída de uma ou mais cadeias desse tipo.
Não há sequer um processo biológico do qual as proteínas não participem, isto porque, além de estarem envolvidas de forma ativa no conjunto de reações químicas, muitas células são compostas por proteínas.
Sendo assim, são funções das proteínas:
· assumir o papel de enzimas, influenciando diretamente a aceleração de uma reação química;
· movimentar músculos (realizado pela miosina e actina);
· composição hormonal;
· composição de anticorpos;
· coagulação sanguínea;
· transporte de oxigênio (feito pela hemoglobina).
A proteína é constituída por quatro estruturas. A estrutura primária é a sequência linear e planar dos resíduos de aminoácidos de uma proteína, é o nível estrutural mais simples e importante de uma proteína, pois dela deriva-se todo o arranjo espacial da molécula (sequência de aminoácidos). Ela é determinada geneticamente, sendo específica para cada proteína. 
A estrutura secundária se refere aos arranjos regulares e estáveis dos resíduos de aminoácidos, dando origem a padrões estruturais, como a α-Hélice e a folha-β. A α-Hélice é uma estrutura helicoidal envolta de um eixo imaginário com os grupos R dos aminoácidos voltados para fora da estrutura helicoidal. A folha-β é tem sua cadeia totalmente distendida, o esqueleto da cadeia é estendido da forma zigue-zague e não helicoidal, os grupos R dos aminoácidos se projetam para cima e para baixo do plano da folha. 
A estrutura terciária é tridimensional que dá a conformação biologicamente ativa da proteína, ela consiste no enovelamento final da cadeia polipeptídica, possui interações responsáveis por estabilizar sua estrutura; como as pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, ligações iônicas, forças de van der Waals e pontes dissulfeto. 
A estrutura quaternária é uma cadeia tridimensional constituída por duas ou mais cadeias polipeptídicas iguais ou diferentes, esta cadeia é mantida por ligações não covalentes entre as cadeias, do mesmo tipo das que mantém a estrutura terciária. 
2.9 Hemoglobina, mioglobina, contração muscular e anticorpos
A hemoglobina transporta oxigênio no sangue dos vertebrados. A hemocianina transporta oxigênio no sangue dos invertebrados. A mioglobina transporta oxigênio nos músculos. As lipoproteínas transportam lipídios no sangue. Os citocromos transportam elétrons.
A contração muscular refere-se ao deslizamento da actina sobre a miosina nas células musculares, permitindo os movimentos do corpo. As fibras musculares contém os filamentos de proteínas contráteis de actina e miosina, dispostas lado a lado. Esses filamentos se repetem ao longo da fibra muscular, formando o sarcômero.
 2.7 Água, pH e tampões 
As biomoléculas são sintetizadas pelos seres vivos, toda regra tem uma exceção e a água é a exceção desta regra. Ela não é sintetizada pelos organismos e está disponível para adquirirmos pela alimentação, mas é classificada como biomolécula pela sua importância para nós. Todos os indivíduos possuem a água em sua constituição, e na maioria dos casos ela é responsável por 70% do peso dos organismos. 
É a partir dela e de suas propriedades que as estruturas biológicas e as reações bioquímicas ocorrem. As ligações de hidrogênio entre as moléculas de água são as responsáveis por suas propriedades e embora sejam ligações consideradas “fracas” quando comparadas às ligações covalentes, em conjunto elas são fundamentais para a manutenção das estruturas tridimensionais das biomoléculas. 
Tecnicamente as ligações de hidrogênio podem ser descritas como as ligações formadas entre um grupo fracamente ácido (dito “doador) como, por exemplo, o N-H ou o O-H e um grupo carregando um par de elétrons não compartilhado (fracamente básico, ou “receptor”), como um N ou O.
Talvez já tenhamos lido sobre essas ligações sob o nome “ponte de hidrogênio”, porém o termo recomendado pela IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada, da sigla em inglês) é “ligação de hidrogênio”. Uma das consequências das ligações de hidrogênio são os altos pontos de fusão e de ebulição da água em relação aos outros solventes comuns, já que devido à estrutura tetraédrica da água, cada molécula realiza em torno de três a quatro ligações de hidrogênio com outras moléculas, o que exige uma alta energia térmica para quebrar essas ligações.
Biologicamente essas ligações são muito importantes por possibilitar à água o seu uso como solvente, por exemplo, na diluição dos açúcares, devido aos efeitos estabilizantes das ligações de hidrogênio entre os grupos hidroxila ou o oxigênio da carbonila dos açúcares e as moléculas polares da água. A água, devido a sua polaridade e às atrações eletrostáticas/ligações de hidrogênio, dissolve ainda sais, ácidos carboxílicos ionizados, aminas protonadas, ésteres de fosfato ou anidridos, funções orgânicas.
As interações fracas também são muito importantes para manter a estrutura, e consequentemente as funções das biomoléculas, já que em conjunto elas possuem um efeito cumulativo significante e mantém as moléculas em seus estados ideais para funcionamento mesmo com quebras e formações de novas ligações, já que estas ocorrem de maneira aleatória e rompimentos simultâneos de ligações fracas são improváveis.
Quanto maior a possibilidade de interações fracas, mais estável é a macromolécula (por exemplo: proteínas, DNA e RNA), sendo que a forma tridimensional destas é determinada justamente por essas ligações fracas, responsáveis também pela ligação entre antígenos-anticorpos, hormônios, neurotransmissores e receptores. Para muitas proteínas, as moléculas de água ligadas a elas são essenciais para suas funções.
Olha só a importância das ligações de hidrogênio e da água em nosso organismo. O que me faz lembrar outra propriedade muito importante da água: a sua fraca ionização, formando íons hidrogênio (H+) e hidróxido (OH-).
Prótons livres como indicado na equação acima não existem em solução, os íons hidrogênio formados na água são imediatamente hidratados a íons hidroxônios (H3O+), devido às ligações de hidrogênio presentes. Biologicamente essa ionização da água é importante por permitir uma mobilidade iônica entre as moléculas, mobilidade esta presente nas reações de transferência de prótons. 
Quantitativamente, por meio de medidas de condutividade elétrica, podemos definir a constante de equilíbrio da reação acima (Keq) como 1,8x10-16 M a 25oC e a concentração de H+ como10-7 M, valores importantes (principalmente este último) quando vamos calcular o pH das soluções, já que a escala de pH é baseada no produto iônico da água.
O pH é dito neutro se possuir valor 7, sendo que valores maiores de pH caracterizam soluções alcalinas e pH com valores menores soluções ácidas, sendo que este valor não foi obtido por acaso ou por conveniência, e sim a partir de cálculos envolvendo o valor do produto iônico da água a 25oC. Mas você pode estar pensando: em nosso organismo diversas reações ocorrem, logo elas podem alterar o pH do meio, isso não seria perigoso para a vida? E a resposta que eu te trago: Sim, seria perigoso, mas essas alterações bruscas não ocorrem por causa dos tampões.
Os tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir às alterações no pH quando pequenas quantidades de ácido ou base são adicionadas. Ele é composto por um ácido fraco (doador de prótons) e sua base conjugada (aceptor de prótons). Quando um ácido um uma base fraca entra em contato com o tampão reage com os ácidos e bases presentes, resultando em duas reações reversíveis que entram em equilíbrio, tendo como resultado apenas uma pequena alteração na razão das concentrações relativas do ácido fraco e sua base conjugada e, portanto, uma pequena alterações do pH, compatível com os processos fisiológicos.
Toda equação de dissolução apresenta um valor de Ka característico, e a relação entre ele, o pH e a concentração de determinado tampão é definida pela equação de Henderson-Hasselbalch:
2.8 Cadeia respiratória e fosforilação oxidativa
Também chamada de fosforilação oxidativa, a cadeia respiratória é a terceira etapa da respiração celular ou aeróbica, e ocorre na membrana interna da mitocôndria. Nessa etapa, os elétrons obtidos na quebra do átomo de hidrogênio são transportados através do NADH e FADH2 até o oxigênio. Há várias substâncias transportadoras de elétrons na membrana interna da mitocôndria, como proteínas que recebem elétrons do NADH, compostos orgânicos e proteínas que possuem ferro ou cobre em sua composição. Elas formam verdadeiros complexos chamados de cadeias transportadoras de elétrons, por se encontrarem enfileiradas na membrana interna da mitocôndria.
À medida que vão sendo transferidos pela cadeia respiratória, os elétrons perdem energia e, no final da cadeia, conseguem se combinar com o gás oxigênio, formando água. É importante lembrar que, na respiração celular, o gás oxigênio só participa da última etapa, mas, embora não esteja envolvido em nenhuma etapa do ciclo de Krebs, se houver ausência desse gás no ciclo, ele será interrompido.
A energia liberada pelos elétrons através da quebra da glicose durante a cadeia respiratória pode formar em torno de 26 moléculas de ATP. Se pegarmos essas 26 moléculas e somarmos com as duas moléculas de ATP produzidas na glicólise e as duas do ciclo de Krebs, alcançaremos um total de 30 moléculas de ATP para uma molécula de glicose. Essa taxa de ATP produzida é menor porque muitos hidrogênios se perdem durante a cadeia respiratória, sendo que apenas 40% da energia proveniente da glicose é armazenada no ATP, enquanto o restante é perdido na forma de calor.
3. CONCLUSÃO
Foi possível assimilar os conteúdos propostos pela disciplina. A aprendizagem significativa é de suma importância no desenvolvimento do conhecimento e com este estudo, foi possível aprender de forma dinâmica os assuntos propostos. Sendo assim, concluo que o aproveitamento da disciplina foi excelente.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CONN, Eric E.; STUMPF, Paul Karl. Introdução à bioquímica. Editora Blucher, 1980.
MARZZOCO, Anita; TORRES, Bayardo Baptista. Bioquímica básica. In: Bioquímica básica. 2017. p. 392-392.
NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de Bioquímica de Lehninger-7. Artmed Editora, 2018.