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1 INTRODUÇÃO No presente trabalho da cadeira de Bioquímica, estarei falando da História da Bioquímica, de salientar que bioquímica é o estudo da química dos seres vivos. Os bioquímicos trabalham para identificar os milhares de compostos químicos que existem nos seres vivos e os processos que ocorrem nos organismos. Esse ramo da ciência busca entender os papéis que tais compostos desempenham no desenvolvimento e na manutenção da vida. https://escola.britannica.com.br/artigo/qu%C3%ADmica/480953 https://escola.britannica.com.br/artigo/ser-vivo/481759 https://escola.britannica.com.br/artigo/ci%C3%AAncia-e-m%C3%A9todo-cient%C3%ADfico/482466 2 A HISTÓRIA DA BIOQUÍMICA Bioquímica significa, literalmente, química da vida. Estuda, portanto, as substâncias e os processos químicos que ocorrem nas plantas, animais e microrganismos. Especificamente, envolve a determinação quantitativa e a análise estrutural dos compostos orgânicos que formam os componentes básicos da célula (proteínas, carboidratos e lipídios) e daqueles que desempenham papel-chave em reações químicas vitais para a vida. A bioquímica dedica-se ademais ao estudo de todas as mudanças químicas, de complexa interação, que ocorrem no interior da célula - ou seja, as que se referem à síntese das proteínas, à conversão do alimento em energia e à transmissão de características hereditárias. Situada na área fronteiriça entre as ciências biológicas e físicas, a bioquímica lança mão de muitas técnicas comuns à fisiologia, à química analítica, orgânica e à físico-química. Tamanho foi seu desenvolvimento que a bioquímica superou sua anterior condição de ciência aplicada e ganhou um lugar entre as ciências puras ou teóricas. No desenvolvimento da bioquímica como disciplina autônoma intervieram como fatores principais o campo específico de que ela se ocupa e a diferenciação dos métodos que emprega. Seu objetivo consiste em determinar as estruturas moleculares encontradas nos organismos vivos, e a maneira como essas estruturas reagem e evoluem, tanto isoladamente como em suas combinações. Para isso adotaram-se determinadas abordagens pelas quais os organismos são estudados em sua integridade ou fracionados em diferentes graus. Parte-se do nível de organização mais complexo, o organismo como um todo, e desce-se até o mais simples, a molécula. Para isso, empregam-se métodos de exatidão e sensibilidade crescentes, que podem ser puramente físicos (como os das chamadas substâncias traçadas), químicos (como os processos de separação molecular) e biológicos (como os provenientes da genética). Todas as mudanças químicas que ocorrem nos organismos são englobadas no conceito geral de metabolismo e vão desde a degradação das substâncias, geralmente para obter energia, até a formação das moléculas complexas, necessárias aos processos vitais. As mudanças químicas dependem da ação de enzimas, que são catalisadores orgânicos, isto é, substâncias que desencadeiam os processos sem neles interferir. Esses processos, por sua vez, devem sua existência ao conteúdo genético da célula. HISTÓRIA Embora seja uma ciência de desenvolvimento relativamente recente e só tenha recebido sua denominação nos primeiros anos do século XX, a bioquímica tem origens mais antigas. Observam-se em sua genealogia duas linhas principais. Uma provém da medicina e da fisiologia: deriva das pesquisas sobre a composição química do sangue, da urina e dos tecidos em sua relação 3 com os estados patológicos. A outra procede da química orgânica e dos estudos sobre a estrutura dos compostos orgânicos naturais. Dois fatos fundamentais intervieram na gênese da bioquímica como ciência independente. Um deles é o reconhecimento dos sistemas multi enzimáticos como unidades catalíticas nos principais processos metabólicos. O outro é o de que a herança, aspecto fundamental da biologia, se assenta numa base molecular racional. Os primórdios da pesquisa bioquímica estão nas especulações sobre o papel do ar na utilização dos alimentos e na natureza da fermentação. Leonardo da Vinci foi um dos iniciadores desses estudos, por haver comparado o processo da nutrição animal à combustão de uma vela. Entretanto, os verdadeiros avanços nessa direção só se registraram com o desenvolvimento da química, na passagem do século XVII para o XVIII. O inglês Robert Boyle questionou as bases da química de seu tempo e sustentou que o objetivo dessa ciência era determinar a composição das substâncias; Joseph Priestley descobriu o oxigênio; e Lavoisier demonstrou que os animais requerem esse elemento em sua respiração. Também foi Lavoisier o primeiro a medir o consumo de oxigênio de um ser humano e a reconhecer que a fermentação é um processo químico. Apesar dessas descobertas decisivas, o progresso da bioquímica encontrou um obstáculo na teoria do vitalismo, doutrina de origem alemã segundo a qual as transformações da matéria nos organismos vivos não se sujeitavam às leis químicas e físicas que se aplicam às substâncias inanimadas. Os vitalistas afirmavam que todos os objetos naturais eram seres autônomos e que seu movimento e seu desenvolvimento provinham de uma força vital interna. Duas grandes figuras da ciência do século XIX, o alemão Justus von Liebig e o francês Louis Pasteur, deram um salto qualitativo na história da pesquisa científica, ao deixarem claro o êxito da aplicação da química ao estudo da biologia. A grande contribuição de Liebig consistiu na descrição dos grandes ciclos químicos na natureza e ao desenvolvimento de técnicas de análise quantitativa aplicadas a sistemas biológicos. Pasteur, por sua vez, entrou para a história da ciência por sua demonstração de que a fermentação é provocada por microrganismos, com o que destruiu a hipótese da geração espontânea. A natureza dos fermentos de Pasteur, oportunamente denominados enzimas, não foi conhecida até 1926, ano em que o bioquímico americano James Batcheller Sumner pela primeira vez conseguiu cristalizar uma enzima, a uréase. A partir dessa data, as descobertas se multiplicaram: apresentam especial relevância os trabalhos de Oswald Avery, Colin M. Macleod e Maclyn McCarthy, que em 1944 analisaram as transformações bacterianas ocasionadas pelo ácido desoxirribonucléico (ADN), e a postulação de James Dewey Watson e Francis Harry Campton Crick, em 1953, do modelo de estrutura de dupla hélice para o ADN. Mais tarde houve avanços na síntese química de proteínas, na elaboração de 4 mapas detalhados da disposição dos átomos em algumas enzimas e na análise dos mecanismos da regulação metabólica, inclusive a ação molecular dos hormônios. A história da bioquímica confunde-se muitas vezes com a história da química orgânica, porém a bioquímica – também conhecida como química da vida – estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos e as moléculas orgânicas e inorgânicas que agem no metabolismo.1 Apesar de o termo “bioquímica” ter surgido apenas em 1882, os estudos acerca das reações ocorridas no corpo humano se iniciaram muito antes. Processos como a respiração e a fotossíntese eram estudados ainda no século XVIII, porém o desenvolvimento da bioquímica teve que aguardar a estruturação dos conhecimentos de química orgânica estrutural – fato que ocorreu durante o século XIX. • 1828 A síntese da ureia, realizada pelo químico alemão Friedrich Wöhler, é considerada como um grande avanço nos estudos da área, pois ele conseguiu converter o sal cianato de amônio em uma substância orgânica chamada ureia (substância presente na composição da urina humana). Com o resultado encontrado, Wöhler foi contra a Teoria da Força Vital, que afirmava que era necessária a presença de uma “força vital” para sintetizar compostos orgânicos. Figura 1 – Síntese de Wöhler O químico francês Anselme Payen descobriu e isolou pela primeiravez uma enzima, conhecida como diástase (hoje chamada de amilase). • 1869 Descoberta da molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico) pelo bioquímico alemão Johann Miescher ao tentar determinar os componentes químicos do núcleo das células, sendo chamada inicialmente de nucleína. 5 • 1889 A nucleína foi obtida com alto grau de pureza por Richard Altmann, quando foi detectada sua natureza ácida, passando assim a se chamar ácido nucleico. Albrecht Kossel percebeu que essa molécula apresentava grandes quantidades de nitrogênio, que após a sua degradação liberava duas bases púricas (adenina e guanina) e duas bases pirimídicas (timina e citosina), além de um glicídio de cinco carbonos (pentose). • 1896 Edward Buchner descreveu a fermentação alcoólica de extratos celulares, um complexo processo bioquímico fora da célula – o que foi premiado com o Prêmio Nobel da Química de 1907. • 1900 Foi descoberta em uma levedura a presença de uma base nitrogenada chamada uracila no lugar da timina, sendo caracterizado assim, o ácido ribonucleico (RNA). • 1953 O modelo da molécula de DNA foi proposto por Watson e Crick e apresentava estrutura de dupla hélice, o que foi descoberto devido à densidade do DNA, que sugere a presença de duas cadeias polinucleotídicas.7 Imagem 2 – Diferença entre a estrutura do DNA e do RNA http://romeo.if.usp.br/~browngon/03/RNA/diferenca.jpg?v=24y1xs5uq124jbz 6 • 1983 Para expandir o conhecimento sobre mapeamento genético, deu-se início aos estudos sobre os genomas ainda no século XX. O primeiro grande avanço nos estudos da área aconteceu em 1983, quando o gene causador da doença de Huntington foi mapeado pela primeira vez. Todo conhecimento bioquímico sofreu grandes progressos nos anos posteriores: mais de 1000 genes causadores de doenças foram identificados e mapeados e, até o final do século XX, os mapas genéticos que levavam anos para serem desenvolvidos, passaram a ser construídos em poucos dias. Desde então, o avanço da bioquímica acompanha o desenvolvimento de estudos em outras áreas, como da biologia molecular, engenharia genética, biotecnologia e das técnicas de clonagem, aumentando cada vez mais a capacidade de intervenção nos mecanismos celulares que regulam a vida. ALCANCE DA BIOQUÍMICA As propriedades e faculdades dos organismos multicelulares podem ser estudadas em função das características das células individuais que os compõem e, por sua vez, o comportamento de cada célula individual pode ser compreendido de acordo com a estrutura e com as mudanças que nela se produzem. Quando tiverem sido descritas e compreendidas todas as alterações químicas que se podem produzir nas células, o homem terá alcançado um conhecimento completo dos mecanismos que regem a vida. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MATÉRIA VIVA Quimicamente, as substâncias orgânicas (isto é, a matéria viva) são compostos de carbono ou, em outras palavras, compostos cujas principais ligações químicas unem vários átomos de carbono com outros átomos de carbono e de hidrogênio. As células contêm uma grande variedade de compostos orgânicos, em geral muito mais complexos do que o resto das substâncias químicas. Além do carbono, do hidrogênio e do oxigênio, fazem parte da matéria orgânica o nitrogênio, o fósforo, o enxofre e alguns outros elementos. Os compostos orgânicos que se encontram em todo tipo de célula são: os carboidratos, também chamados hidratos de carbono, as gorduras e seus derivados, as proteínas, e os nucleotídeos. Os carboidratos são moléculas com átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O), e sua fórmula geral é Cx (H2O)}y, onde x e y são números inteiros. Como grupo, os carboidratos desempenham na célula duas funções de fundamental importância: constituem a armação estrutural da substância celular e atuam como combustível no processo da respiração. Alguns dos mais abundantes são o amido, os açúcares (glicose, lactose, frutose) e a celulose. A importância dos carboidratos na respiração e na contração muscular foi detidamente estudada durante a década de 1950. 7 As gorduras e seus derivados se conhecem coletivamente pelo nome de lipídios e, assim como o grupo anterior, se compõem de carbono, hidrogênio e oxigênio. Os lipídios são importantes por sua condição de armazenadores das substâncias de reserva e desempenham papel significativo na composição estrutural das células. Estes princípios bioquímicos são ésteres de ácidos graxos de elevado peso molecular que, como traços químicos mais significativos, apresentam insolubilidade na água e solubilidade no álcool, acetona, éter, benzeno e outros solventes orgânicos. A acumulação de placas de gorduras pode gerar arteriosclerose, isto é, endurecimento das artérias. As proteínas com polímeros (moléculas com unidades estruturais repetidas) são compostas por frações moleculares denominadas aminoácidos. Todas elas contêm nitrogênio. A formação de uma proteína é análoga à formação de palavras e frases a partir das letras de um alfabeto e, não sendo necessária uma configuração linear, pode produzir-se uma ramificação em qualquer direção. Em vista disso, o número teórico de possíveis proteínas é quase ilimitado. Dada sua especificidade, existem nos organismos em verdadeira multidão funcional, atuando como elementos estruturais, anticorpos ou biocatalisadores. 8 CONCLUSÃO Chego a conclusão que Bioquímica, sendo uma ciência que estuda a vida dos seres vivos, baseando-se na estrutura e funções das células como unidade básica dos seres vivos. Ela busca entender os mais diversos processos que ocorrem nos organismos vivos e achar meios de criar metabolismo de modo a facilitar a vida humana e não só. As reações bioquímicas são responsáveis pelos processos físicos de todos os seres vivos, desde as plantas, animais até os vírus. Elas controlam funções como nutrição, digestão e reprodução. Os principais materiais químicos necessários para as funções celulares são as proteínas, os carboidratos, os lipídios (ou gorduras) e os ácidos nucleicos. 9 REFERÊNCIAS BIBLIOFRÁFICAS [2] STOTZ, Elmer H.; VENNESLAND, Birgit. Biochemistry. Disponível em: <www.britannica.com/science/biochemistry>. Acesso em: 08 mar. 2018. [3] DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS. Química Orgânica. São Paulo: USP, 2013. [4] THE EDITORS OF ENCYCLOPAEDIA BRITANNICA. Anselme Payen. Disponível em: <www.britannica.com/biography/Anselme-Payen>. Acesso em: 07 mar. 2018. [5] INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS. Biologia Molecular. São Paulo: USP, 2016. [6] NOBEL PRIZE. Eduard Buchner – Biographical. Disponível em: <www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1907/buchner-bio.html>. Acesso em: 07 mar. 2018. https://escola.britannica.com.br/ http://www.megatimes.com.br/ 10 ÍNDICE INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 1 A HISTÓRIA DA BIOQUÍMICA ............................................................................................. 2 HISTÓRIA ........................................................................................................................... 2 ALCANCE DA BIOQUÍMICA ......................................................................................... 6 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MATÉRIA VIVA ......................................................... 6 CONCLUSÃO ............................................................................................................................. 8 REFERÊNCIAS BIBLIOFRÁFICAS ....................................................................................... 9
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