1-INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA, ÁGUA, TAMPÕES

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Introdução à Bioquímica, 
Biomoléculas e Água 
•Complexidade Química, 
organização; 
•Extraem, transformam e 
usam a energia 
disponível no meio 
ambiente; 
“Sistemas Abertos” 
•Capacidade de Auto 
replicação. 
•Muitas diferenças  
mesmas unidades 
estruturais. 
 
SERES VIVOS: 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
As células são as unidades estruturais e funcionais 
de todos os organismos vivos 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto 
Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Hierarquia Estrutural na organização molecular 
das células 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
A Bioquímica procura explicar a vida em termos 
químicos em todos os aspectos dos seres vivos 
•Todas as biomoléculas são constituídas de compostos 
simples  Carbonos ligados covalentemente a H, O e N  
Cerca de 99% da massa de uma célula 
 Principais elementos constituintes das Biomoléculas 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Propriedades do Átomo de Carbono 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Funções Químicas das Biomoléculas 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Algumas ligações químicas das Biomoléculas 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
•Biomoléculas: 
•Compostos de carbono com uma grande variedade de 
grupos funcionais; 
•O citossol das células possui uma coleção de cerca de 
mil moléculas orgânicas diferentes (Mr ~ 100 a ~500) 
 “metabólitos centrais” (Acetil-CoA, Citrato, glicose-6-
P, etc... 
 
Citrato 
Acetil-CoA 
Acetil-CoA 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Macromoléculas 
• Biomoléculas com capacidade de polimerização por meio de 
montagem de monômeros simples (ligação covalente); 
– Polímeros : Mr > 5000; 
– Oligômeros: polímeros curtos com Mr < 5000; 
 
Unidades monoméricas: aminoácidos (proteínas), 
carboidratos (polissacarídeos), nucleotídeos (ácidos 
nucléicos)  macromoléculas informacionais 
 
 Os lipídeos são biomoléculas, mas não são classificados 
como macromoléculas pois não formam polímeros  
associam-se por meio de ligações intermoleculares 
(agregados não covalentes  membrana celular) 
Monômeros das Biomoléculas 
 “ABC” da Bioquímica Unidades 
Monoméricas 
Ácidos Nucléicos 
Polissacarídeos 
Proteínas 
Fonte: próprio autor a partir de Imagens do Google. 
Lipídeos  Biomoléculas não polimerizáveis 
Lipídeos componentes 
das membranas 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Uma célula de 
Escherichia coli “lotada” 
de macromoléculas 
Representação precisa dos 
tamanhos relativos das 
macromoléculas dentro de 
uma parte do citosol de 
bactéria 
Água e 
Metabólitos 
primários 
CONGESTIONAMENTO 
INTRACELULAR DAS 
MACROMOLÉCULAS 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Estrutura Tridimensional 
• Configuração (isômeros); 
• Conformação (arranjos espaciais de grupos 
funcionais); 
 responsáveis pela estrutura tridimensional das 
biomoléculas 
Isômeros cis-Trans Isômeros óticos 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Conformações 
Conformações do Etano 
(CH3CH3) 
Conformações do 
Ciclohexano  
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Estabilização das Estruturas Tridimensionais 
Infinitas Interações Fracas 
 estabilizam as estruturas 
tridimensionais: 
– interações de hidrogênio, 
–interações iônicas, 
–interações hidrofóbicas e 
Forças de van der Waals. 
Possíveis Interações 
intermoleculares que estabilizam 
uma pequena proteína 
esquemática 
Fonte: Imagens do Google. 
Bioquímica e Energia 
• As células e organismos precisam de 
energia para se manterem vivos e 
se reproduzir; 
• Fluxo de elétrons  Energia para 
os seres vivos 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Água 
• Água  Substância mais abundante nos 
sistemas vivos  70% em massa para a 
maioria dos seres vivos 
• As ligações de hidrogênio (mais fraca que 
a ligação covalente) conferem à agua 
suas propriedades incomuns: até 4 
ligações com outra molélula de água. 
 
Estrutura da molécula 
de Água 
Ligação de H 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
A água faz Interações de hidrogênio com grupos 
polares: 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Interações de Hidrogênio em compostos iônicos: 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Água e compostos anfipáticos 
 
 formação dos 
“Clatrados” ou 
gaiolas 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Fonte: Nelson, David L.; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. 1273 p. 
Água e interação Enzima-substrato 
Interações Fracas em solvente aquoso 
Cruciais para a 
estrutura e 
função das 
macromoléculas 
pH e 
Tampões 
Água e pH 
• Ionização da água e Constante de Equilíbrio: 
OH
OHH
Keq
2
]][[ 
H2O H
+ + OH- 
• Considerando a concentração Mol/L de água em 1L (55,5M): 
5,55
]][[ 

OHH
Keq  ))(5,55(]][[ eqw KOHHK 

• Considerando que a Keq da ionização da água pura é 1,8 x 
10-16 a 25oC, tem-se: 
22
214
16
][][]][[
100,1]][[
)108,1)(5,55(]][[
OHHOHHK
MOHHK
MMOHHK
w
w
w






• Resolvendo para H, temos: 
MHMHKH w
7214 10][101][][  
]log[
][
1
log 

 HpH
H
pH
• Para a escala de pH, tem-se que: 
• Então: 
0,7
]100,1[
1
log
7




pHpH
Ácidos fracos e equação de 
Henderson-Hasselbalch 
• Considerando um ácido fraco HA, temos o 
seguinte par conjugado ácido-base: 
HA H+ + A- 
][
]][[
HA
AH
Ka


• Fazendo a Constante de equilíbrio: 
][
][
][][


 
A
HA
KH a
• Rearranjando e isolando [H+]: 
][
][
log]log[]log[


 
A
HA
KH a
• Aplicando –log em ambos os membros: 
][
][
log
HA
A
pKpH a


• Como “p” = -log, tem-se : 
][
][
log
HA
A
pKpH a


Curva de 
Titulação do 
Ácido Acético 
Efeito Tampão – Ácido Acético 
34 
Água, pH e Tampões 
Tampões Biológicos Importantes: 
Bicarbonato (Plasma) 
pKa = 6,1 
pH = 6,1 + 1,3 => pH = 7,4 
][
][
log
)(2
3
dCO
HCO
pKapH


Tampões Biológicos Importantes: 
Tampão Fosfato Intracelular 
pK = 6,9 
pH (intracelular) = 7,2 
Relação log(HPO4
-2/H2PO4
-)  1/5 
][
][
log
42
2
4



POH
HPO
pKapH