Fundamentos de Bioquímica

Prévia do material em texto

Eventos relacionados à origem da 
vida 
 
15 bilhões de anos atrás 
↪Explosão do universo; 
↪Presença de partículas subatômicas simples; 
↪Formação de H e He; 
↪Expansão e resfriamento do universo; 
↪Formação de estrelas, explosão em supernovas; 
↪Liberação de energia para fusão de núcleos 
atômicos; 
↪Formação de elementos químicos (matéria 
inorgânica). 
4 bilhões de anos atrás 
↪Passagem da matéria inorgânica à orgânica; 
↪Surgimento de micro-organismos simples; 
↪Metabolismo baseado nos elementos químicos 
disponíveis na terra primitiva; 
↪Obtenção de energia a partir de elementos químicos 
inorgânicos isolados; 
↪Formação das primeiras biomoléculas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Eventos relacionados à origem da 
vida 
Matéria Inorgânica 
 
 
 
 
Qual é objeto de estudo da 
Bioquímica? 
↪A bioquímica questiona como as extraordinárias 
propriedades dos organismos vivos se originaram a 
partir de milhares de biomoléculas diferentes; 
↪O estudo da bioquímica mostra como o conjunto de 
moléculas inanimadas que constituem os organismos 
vivos interage para manter e perpetuar a vida 
exclusivamente pelas leis físicas e químicas que regem 
o universo inanimado; 
↪A bioquímica descreve em termos moleculares as 
estruturas, os mecanismos e os processos químicos 
compartilhados por todos os organismos e estabelece 
princípios de organização que são à base da vida em 
todas as suas formas, princípios esses referidos como a 
lógica molecular da vida. 
Propriedades peculiares dos 
organismos vivos: 
1. Alto grau de complexidade química e organização 
microscópica. 
 
Fundamentos da Bioquímica 
Átomo livres ou moléculas 
simples com comportamento de 
matéria inanimada 
Matéria Orgânica 
Derivada da matéria inorgânica, 
sendo moléculas inter-relacionadas 
condicionadoras da vida 
PROCESSO EVOLUTIVO 
REORGANIZAÇÃO DA MATÉRIA 
Hidrogênio – Oxigênio – Nitrogênio – Carbono – 
Fósforo - Enxofre 
2. Sistemas para extrair, transformar e utilizar a energia 
do ambiente. 
3. Funções definidas para cada um dos componentes 
de um organismo e interações regulados entre eles. 
4. Mecanismos para sentir e responder às alterações 
no seu ambiente. 
5. Capacidade para se autorreplicar e automontar com 
precisão. 
6. Capacidade de se alterar ao longo do tempo por 
evolução gradual 
 Fundamentos Celulares 
 Fundamentos Químicos 
 Fundamentos Físicos 
 Fundamentos Genéticos 
 Fundamentos Evolutivos 
 
Fundamentos Celulares 
↪Seres vivos compartilham estruturas semelhantes 
↪Célula: 
↳Procarionte 
↳Eucarionte 
↪Subdivisão de acordo com a fonte de energia: 
 
↪As células constroem estruturas supramoleculares 
↳Unidades monoméricas→ Macromoléculas → 
Complexo supramoleculares 
Fundamentos Químicos 
↪A maioria dos elementos da matéria viva tem 
número atômico baixo: H, O, N, C; 
↳Constituem + de 99% das células. 
↪Os elementos envolvidas na matéria viva são capazes 
de fazer uma, duas, três e quatro ligações químicas; 
↪Os demais elementos ocorrem de maneira diminuta, 
como o ferro que representa apenas 0,3% da massa 
celular; 
↪Papel central do carbono para a química da vida: 
↳Elemento não metal; 
↳Pertencente à família 4ª; 
↳Configuração eletrônica: 1s2 2s
2 2p2; 
↳Carbono no seu estado fundamental é bivalente; 
↳Teoria da hibridação: Explica as ligações químicas em 
nível de orbitais que não podem ser justificadas pela 
distribuição eletrônica; 
↳Condições para ocorrência: O átomo deve apresentar 
na camada de valência, orbital completo em um 
subnível de energia e orbital vazio em subnível 
adjacente; 
Várias tentativas = Surgimento e evolução da vida 
 
↳Hibridização Sp3 do carbono: 
 
↳Versatilidade em forma de ligações químicas; 
 
 
 
 
 
 
↳Geometria das ligações: 
a) Átomos de C tem arranjo tetraédrico para 4 
ligações 
b) Ligações simples têm propriedades de rotação 
c) Ligações duplas são curtas e não permitem 
rotação 
Fundamentos Físicos 
↪Células e organismos vivos têm que realizar trabalho 
para se manter vivos e se reproduzir.A realização de 
trabalho por sua vez remete ou uso de energia; 
Monômeros → Energia → Biopolímeros 
↪Energia e metabolismo: 
↳Os organismos vivos vivem em estado dinâmico e 
nunca em equilíbrio com o meio em relação ao fluxo 
de energia; 
↳Os sistemas orgânicos apesar de estarem em grupos 
diferentes são bioquimicamente interligados; 
 
 
 
↳Energia livre, entalpia, entropia: 
a) Energia livre (Energia Livre de Gibbs) - G 
(J/mol) 
b) Entalpia (H): Conteúdo de calor do sistema 
c) Entropia (S): Medida da desordem ou 
disposição ao acaso de um sistema 
 G= H - TS 
 
 Temperatura em Kelvin(ºC+273) 
↳A entalpia de um sistema químico pode ser medida, 
embora com alguma dificuldade, mas é quase 
impossível medir a entropia de um sistema, porque isso 
necessitaria da contagem de todos os arranjos possíveis 
de seus componentes. 
↳Temperatura Constante: 
 
 
→Entalpia: 
↳∆H < 0: Reação exotérmica 
↳∆H > 0: Reação endotérmica 
→Entropia: 
↳∆S é positivo para uma reação que aumenta a 
aleatoriedade do sistema (diminui a ordem) 
↳O que torna espontâneo um processo? 
 
 ∆G=G produtos – G reagentes < 0 
 
↳∆G< 0: Reação espontânea ou exergônica 
↳∆G> 0: Reação não espontânea ou endergônica 
↳Se a entalpia aumenta e a entropia diminui a reação 
não ocorre; 
↳Se a entalpia e entropia aumentam ou diminuírem ao 
mesmo tempo – a reação dependente da temperatura 
do sistema 
∆G= ∆H - T x ∆S 
 
O carbono pode formar ainda: 
↪Cadeias lineares; 
↪Cadeias ramificadas; 
↪Estruturas cíclicas; 
↪Interagir com outros grupos de átomos. 
 1ª Lei da termodinâmica 
↪A energia não pode ser criada nem 
destruída. Entretanto pode ser transformada. 
 
 
 
 
 
 
 
↳Exemplo: 
Entalpia Entropia 
 A 60 22 
 
 B 75 97 
 
∆H= HB – HA 
∆H=75-60 
∆H = 15Kj/mol → 15000 J/mol 
 
∆S= SB - SA 
∆S= 97-22 
∆S = 75 J/k/mol 
 
 
Temperatura da reação 25ºC – Em Kelvins = 273 
+25= 298K 
∆G = 15000 – 298x75 
∆G= -7350 J/mol 
 ∆G< 0= Reação espontânea 
 
 
 
↳Reações in vitro: 
A → B ∆G = - 20Kj/mol 
B → C ∆G = +15Kj/mol 
↳Quando acoplamos os sistemas: 
A + B → B + C ∆G = -20+15 
 A → C ∆G = -5Kj/mol 
Forma encontrada pelo organismo para manter o fluxo 
de energia 
 
Fundamentos Genéticos 
↪A característica inerente aos seres vivos é a 
capacidade de se reproduzir por incontáveis gerações 
com fidelidade aos ancestrais; 
↪Esta propriedade é atribuída à estabilidade das 
biomoléculas que compõem os organismos vivos; 
↪O DNA é o biopolímero mais estável dos organismos: 
↳Permite a hereditariedade; 
↳Coordena o funcionamento da célula; 
↳Permite a síntese de proteínas. 
↪A informação genética é codificada na sequência 
linear de quatro tipos de desaxirribonucleotídeos no 
DNA; 
↪O RNA veio primeiro, mas não cumpriu o papel de 
perdurar nas gerações, pois era muito propensa a 
ruptura e outros erros. 
Fundamentos Evolutivos 
↪A notável semelhança das rotas metabólicas e das 
sequências de genes entre os três grupos da vida 
sugere fortemente que todos os organismos modernos 
derivaram de um ancestral evolutivo comum por meio 
de uma série de pequenas mudanças (mutações), cada 
uma conferindo uma vantagem seletiva a algum 
organismo em algum nicho ecológico; 
 ∆G = ∆H – T x ∆S 
Observações: 
↪Uma reação que ocorra com a 
diminuição da entalpia e aumento da 
entropia é espontânea em todas as 
temperaturas, porque ∆G é menor que 
zero; 
↪Processos espontâneos ocorrem na 
direção oposta que leva a um aumento na 
desordem total do universo. 
 
↪Mudanças nas instruções hereditários possibilitam a 
evolução; 
↪As biomoléculas surgiram primeiras porevolução 
química 
↳Experimento de Miller e Uruj (1953): Foi uma 
experiência científica concebida para testar a hipótese 
de Oparin e Haldone sobre a origem da vida. Montaram 
um aparelho de laboratório, para simular as condições 
da terra primitiva. 
 
 
 
 
↳Produção abiótica de biomoléculas: 
Aminoácidos 
Ácidos orgânicos 
Aldeídos 
Ácido cionídrico 
Nucleotídeos e RNA 
↳Foram os responsáveis pela evolução pré-biótico 
 
 
 
 
 
 
 
↳Podemos considerar que existe grande distância 
genética entre os organismos vivos? Não, senão seria 
impossível fazer os transgênicos, pois o mapeamento 
entre animais diferentes é cerca de 80% de 
semelhança. O que difere os animais são alterações em 
pequenos bases nucleotídeos. 
↳A que se atribui a divergência entre os seres vivos? 
 Erros não reparados no processo de replicação 
do DNA produzem mutações genéticas; 
 Mutações podem ser danosas aos organismos 
e também letais; 
 Ocasionalmente, as mutações também 
permitem a adaptação do organismo vivo ao 
ambiente, o que é conhecido como EVOLUÇÃO. 
 
 
Biomoléculas produzidas 
no experimento