Unidade 1 - Bioquímica

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Bioquímica
Unidade 1 – Introdução à Bioquímica: 
organização básica, atômico e 
molecular e a importância da água nos 
sistemas biológicos e sistemas tampão
Introdução
As células são as unidades estruturais e funcionais de todos os organismos vivos.
 Células de todos os tipos compartilham algumas características estruturais 
comuns:
Bioelementos essenciais nos 
organismos vivos: principais átomos
Rosa: elementos estruturais das células e dos tecidos (dieta de vários gramas /dia)
Amarelo: elementos traço (alguns miligramas /dia)
Principais átomos
• 1- Elementos principais da matéria orgânica
• Carbono – C
• Hidrogênio – H
• Oxigênio – O
• Nitrogênio –N
• Fósforo – P
• Enxofre – S
Principais átomos
• 2 – Elementos presentes como íons
• Sódio – Na+
• Potássio – K+
• Magnésio – Mg2+
• Cálcio – Ca2+
• Cloreto – Cl-
Principais átomos
• 3 - Microelementos
• Ferro
• Cobre
• Zinco
• Manganês
• Cobalto
• Iodo
• Molibdênio
• Vanádio
• Níquel
• Cromo
• Flúor 
• Selênio
• Silício
• Estanho
• Boro
A maioria das biomoléculas são 
compostos de carbono
Estrutura Geométrica do Carbono
Grupos funcionais nas Biomoléculas
• Biomoléculas são compostos de carbono com
uma grande variedade de grupos funcionais.
• Grupos funcionais das biomoléculas
orgânicas determinam as suas propriedades
químicas.
Principais grupos funcionais
Principais grupos funcionais
Biomoléculas com múltiplos grupos 
funcionais
Carbono quiral
Encaixe complementar na 
macromolécula é uma molécula 
pequena.
Enantiômeros
Principais classes de biomoléculas
• Praticamente toda a matéria sólida de todas 
as células é orgânica.
• Estão presentes em 4 formas:
– Proteínas (depois da água é o constituinte mais abundante) 
– Ácidos nucléicos
– Polissacarídeos
– lipídeos
Unidades fundamentais das biomoléculas
As proteínas 
são constituídas 
por um total de 
20 aminoácidos
Estão 
representados 
apenas 6 desses 
20 aminoácidos.
Em rosa: 
cadeias laterais 
que diferencia 
os aminoácidos.
Componentes dos ácidos 
nucléicos:
5 bases nitrogenadas
2 açúcares de cinco C 
(pentoses)
1 grupo fosfato
Nucleotídeos:
Unidades 
manoméricas
dos ácidos 
Nucléicos DNA e 
RNA
Componentes dos 
lipídeos:
Ácidos graxos
Grupo fosfato
Glicerol
Colina
Componentes dos 
polissacarídeos:
Glicose
Unidades fundamentais como 
precursoras de outras moléculas
Glicose
Ácido palmítico
Aminoácidos
Adenina
Celulose Manose
Amido Sacarose
Frutose Lactose
Proteínas
Hormônios peptídeos
Neurotransmissores
Alcalóides
Ácidos nucléicos
ATP
Coenzimas
Ácido úrico
Fosfolipídios
Gorduras
Ceras
Hierarquia estrutural das células
Hierarquia estrutural das células
Células
Organelas
Montagens supramoleculares
Macromoléculas
Unidades fundamentais
Núcleo
Mitocôndria
Aparelho de Golgi
Retículo endoplasmático
Membranas
Ribossomos
Cromatina
Microtúbulos
Proteínas
DNA, RNA
Lipídeos
Polissacarídeos
Aminoácidos
Glicose
Bases nitrogenadas
Ácidos graxos , glicerol...
Ligações químicas
• Ligações covalentes
• Ligações não covalentes:
– Interações eletrostática (entre íons de cargas 
opostas)
– Ligações de hidrogênio (Ponte de Hidrogênio)
– Interações de van der Waals
– Interações hidrofóbicas
Ligações covalentes fortes
• São ligações fortes entre os átomos:
Interações não covalentes fracas
Ligações de hidrogênio comuns
Ligações de hidrogênio
Ligações de 
Hidrogênio em 
biomoléculas
Estrutura da água
Ligações de Hidrogênio na água (gelo)
Características da água nos sistemas 
biológicos
• A água forma ligações de hidrogênio com solutos 
polares.
• A água interage eletrostaticamente com solutos 
carregados.
• É um solvente polar.
• Dissolve a maioria das biomoléculas pois estas são 
polares ou carregadas eletricamente.
• Moléculas hidrofílicas: tem afinidade com água (polares 
ou carregadas)
• Moléculas hidrofóbicas: não tem afinidade com a 
água (moléculas apolares como lipídeos e ceras)
• Moléculas anfipáticas: apresentam um grupo polar 
(hidrofílico) e outro apolar (hidrofóbico).
Biomoléculas polares, apolares e 
anfipáticas
A água forma ligações de hidrogênio 
com solutos polares
A água interage eletrostaticamente 
com solutos carregados
Compostos anfipáticos em água
Aglomerado de moléculas 
lipídicas
Micelas
Ionização da água
A água pura é levemente ionizada:
A ionização da água é expressa pela
constante de equilíbrio:
Kw = Produto iônico 
da água.
Em meio neutro
Escala de pH
pH de alguns fluidos aquosos
Ácidos e Bases – Fortes e Fracos
Ácidos e Bases – Fortes e Fracos
Ácidos e bases fracas têm constantes 
de dissociação características
Constante de Equilíbrio
Ácidos e bases fracas têm constantes 
de dissociação ácidas características
pKa
Sistemas tampão
• Tampões são sistemas aquosos que tendem a 
resistir a mudanças de pH quando pequenas 
quantidades de ácido (H+) ou base (OH–) são 
adicionadas. 
• Um sistema tampão consiste em um ácido 
fraco (o doador de prótons) e sua base 
conjugada (o aceptor de prótons).
• Os fluidos intracelulares ou extracelulares têm pH quase 
constante. A primeira linha de defesa dos organismos 
contra mudanças internas de pH é proporcionada por 
sistemas tampão. 
Tamponamento contra mudanças no 
pH em sistemas biológicos
Tamponamento contra mudanças no 
pH em sistemas biológicos
Tampões biológicos importantes:
•Tampão bicarbonato: HCO3-↔ H+ + CO3-2
•Tampão fosfato: H2PO4-↔ H+ + HPO4-2
Sistemas tampão
• Cada par conjugado ácido-base tem uma zona de 
pH característica na qual é um tampão efetivo.
• O par H2PO4–/ HPO42– tem um pKa de 6,86 e, 
portanto, pode servir como um sistema tampão 
efetivo entre os pH 5,9 e 7,9; 
• O par NH4+/NH3, com um pKa de 9,25, pode agir 
como um tampão em um intervalo de pH 
aproximado entre 8,3 e 10,3.
Sistemas tampão
• Sistema tampão fosfato é mais efetivo em um pH
perto de seu pKa de 6,86 e, portanto, tende a
resistir a mudanças de pH em um intervalo de 5,9
e 7,9.
• Esse é, então, um tampão efetivo em fluidos
biológicos; em mamíferos, por exemplo, fluidos
extracelulares e a maioria dos compartimentos
citoplasmáticos têm pH no intervalo de 6,9 a 7,4.
Sistemas tampão
• O plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo
sistema tampão do bicarbonato, consistindo em
ácido carbônico (H2CO3) como doador de prótons
e bicarbonato (HCO3–) como aceptor de prótons
(K1 é a primeira de várias constantes de equilíbrio
no sistema de tamponamento do bicarbonato):
Sistemas tampão
• Esse sistema tampão bicarbonato é mais complexo que
outros pares ácido-base conjugados porque um de
seus componentes, ácido carbônico (H2CO3), é formado
a partir de dióxido de carbono (d) dissolvido e água,
em uma reação reversível:
Sistemas tampão
• O dióxido de carbono é um gás sob condições 
normais, e CO2 dissolvido em uma solução 
aquosa está em equilíbrio com o CO2 em fase 
gasosa (g):
Sistemas tampão
• O pH de uma solução tampão de bicarbonato depende 
da concentração de H2CO3 e HCO3–, os componentes 
doador e receptor de prótons. 
• A concentração de H2CO3 por sua vez depende da 
concentração de CO2 na fase gasosa, ou da pressão 
parcial de CO2, designada por pCO2. 
• Portanto, o pH de um tampão de bicarbonato exposto 
a uma fase gasosa é determinado pela concentração de 
HCO3 – na fase aquosa e pela pCO2 na fase gasosa.
	Bioquímica
	Introdução
	Bioelementos essenciais nos organismos vivos: principais átomos
	Principais átomos
	Principais átomos
	Principais átomos
	A maioria das biomoléculas são compostos de carbono
	Número do slide 8
	Grupos funcionais nas Biomoléculas
	Principais grupos funcionais
	Número do slide 11
	Biomoléculas com múltiplos grupos funcionais�
	Carbono quiral�
	Principais classes de biomoléculas
	Unidades fundamentais das biomoléculas
	Número do slide 16
	Número do slide 17
	Unidades fundamentais como precursoras de outras moléculas
	Hierarquia estrutural das células
	Hierarquia estrutural das células
	Ligaçõesquímicas
	Ligações covalentes fortes
	Interações não covalentes fracas
	Ligações de hidrogênio comuns
	Ligações de hidrogênio
	Número do slide 26
	Número do slide 27
	Estrutura da água
	Ligações de Hidrogênio na água (gelo)
	Características da água nos sistemas biológicos
	Biomoléculas polares, apolares e anfipáticas
	A água forma ligações de hidrogênio com solutos polares�
	A água interage eletrostaticamente com solutos carregados
	Compostos anfipáticos em água
	Número do slide 35
	Ionização da água
	A ionização da água é expressa pela�constante de equilíbrio:
	Escala de pH
	pH de alguns fluidos aquosos
	Número do slide 40
	Número do slide 41
	Número do slide 42
	Ácidos e bases fracas têm constantes de dissociação ácidas características
	pKa
	Número do slide 45
	Número do slide 46
	Sistemas tampão
	Número do slide 48
	Número do slide 49
	Tamponamento contra mudanças no pH em sistemas biológicos
	Tamponamento contra mudanças no pH em sistemas biológicos
	Sistemas tampão
	Sistemas tampão
	Sistemas tampão
	Sistemas tampão
	Sistemas tampão
	Sistemas tampão
	Número do slide 58
	Número do slide 59