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Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 1 INTRODUÇÃO À BIOMOLÉCULAS e BIOENERGÉTICA BIOMOLÉCULAS Existem 4 classes de macromoléculas na bioquímica cada uma formada por seu respectivo conjunto de blocos construtivos. Nos sistemas biológicos tudo tem função desde membros, órgãos e tecidos • Olhos → visão • Pernas → locomoção • Intestino → digestão Isso também é verdade a nível celular: • Eritrócitos (hemácias, células vermelhas do sangue) → transporte de O2 • Neurônios → sinalização e processamento nervoso E também é verdade no nível molecular. Tanto para moléculas como para vias metabólicas • Anticorpos(proteínas) → Resposta imune • Enzimas(proteínas) → Catálise • Glicose → Combustível biológico • Via glicolítica → Obtenção energia pela oxidação da glicose • Via da biossíntese de glicogênio → Armazenamento de combustível na forma de glicogênio Carboidratos Principais elementos da dieta: sua oxidação é a principal via de produção de energia nas células animas (não fotossintéticos). • O metabolismo todo é moldado por ele o Nós somos basicamente comedores de células, assim, comemos tudo que tem dentro dela Dentre várias funções temos: • Fonte de energia (amido, açucares) • Exoesqueleto () • Sinalização celular () • Guardar informações (DNA, RNA) Importante: a função é determinada pela estrutura, ou seja, se mudamos a estrutura podemos mudar, melhorar ou perder a função. POLI-HIDROXI (ALDEÍDOS ou CETONAS) • Dão origem aos carboidratos Carboidratos ou Hidratos de carbono • Dissacarídeos: são os oligossacarídeos mais comuns • Oligo: monossacarídeos juntos (lig. glicosídica) • Poli: cadeias gigantes (20+) → alta massa molecular Observações: • Carbono FUNÇÃO: álcool, aldeído, cetona... • Carbono ANOMÉRICO: ligado à carbonila e possui uma hidroxila livre (-OH livre) o Permite o carboidrato crescer • Carbono QUIRAL: carbono ligado a 4 elementos diferentes • Carbono na forma: o Linear o Cíclico (Estudar a forma → mudança nas ligações → efeito) Proteínas Aminoácidos Insulina Ácidos Nucléicos Nucleotídeos RNA (Ác. Ribonucléico) Polissacarídeos Açucares Glicose Lipídeos Ácidos Graxos Triaciglicerol (TGC) Monossacarídeos • Frutose (A) •Glicose (B) •Galactose (C) Oligossacarídeos • Sacarose (A+B) • Lactose (B+C) Polissacarídeos •Amido •Glicogênio Carbonila (C=0) Aldeído (al) C=0 na extremidade Propanal Aldose Cetona (ona) C=O entre C Propanona Cetose Hidroxila (C-OH) Álcool (ol) C-OH qualquer posicção Etanol Ao adicionar -OH a um desse temos: Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 2 Isômeros Compostos com a mesma fórmula molecular, mas que apresentam diferentes propriedades químicas devido à sua organização estrutural distinta. 1. Isomeria plana: a mesma fórmula molecular e se diferenciam pelas fórmulas estruturais planas. a. Função: diferença é o grupo funcional i. Exemplo: Fórmula molecular C3H6O b. Cadeia: diferença está no esqueleto de cadeia. i. Por exemplo, um é de cadeia aberta e o outro fechada, ou cadeia normal e o outro de cadeia ramificada, ou, cadeia homogênea e cadeia heterogênea. Exemplo: Fórmula molecular C4H10 c. Posição: diferença está na posição de uma insaturação. i. De um grupo funcional, de um heteroátomo ou de um substituinte. Exemplo: Fórmula molecular C4H6 d. Metameria: tipo de isomeria de posição, em que a diferença consiste na posição do heteroátomo. i. Exemplo: Fórmula molecular C4H10O e. Dinâmica ou Tautomeria: isomeria de função, em que os isômeros coexistem em equilíbrio dinâmico em solução. i. Os dois principais tipos de tautomeria são entre uma cetona e um enol (equilíbrio cetoenólico) e entre um aldeído e um enol (equilíbrio aldoenólico). Exemplo: Fórmula molecular C3H6O 2. Isomeria Espacial ou Esteroisomeria: a diferença entre os isômeros só pode ser visualizada por meio da orientação de seus átomos no espaço. a. Isomeria geométrica ou cis-trans: A diferença é que o isômero denominado como cis possui os ligantes iguais do carbono de uma dupla ligação ou em compostos cíclicos, no mesmo lado do plano. Já os ligantes do isômero trans estão em lados opostos. i. Exemplo: Fórmula molecular C2H2Cl2 Esses compostos são chamados de esteroisômeros. b. Isomeria óptica: Ocorre quando os isômeros conseguem desviar um feixe de luz polarizada, para: i. esquerda = levogiro (L) ii. direira = dextrogiro (D) • Enantiômeros: Moléculas assimétricas (acima) que são a imagem especular uma da outra e que não são sobreponíveis. Esteroisômeros da atropina D (dextrogiro) e L (levógiro) • Cálculo da isomeria 2^n (n = número de Quirais) Isomeria Plana ou Constitucional Estática FUNÇÃO CADEIA POSIÇÃO (Metameria) Dinâmica TAUTOMERIA Espacial ou Estereoisomeria Geométrica CIS-TRANS Optica Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 3 Bases Nitrogenadas As bases nitrogenadas são derivadas de dois compostos a pirimidina e a purina. • As purinas são mais complexas por causa desse segundo anel, a célula não as quebra. o Ou usa para produzir DNA e RNA ou vai virar ácido úrico ▪ Este que quando acumula causa a GOTA • Já as piramidinas por serem mais simples, conseguimos processá-las e reaproveita-las o Uracila (U) só encontrada no RNA o Timina (T) só encontrada no DNA OBS: Somos comedores de células, animais ou vegetais, assim, quando comemos esses alimentos, temos que lidar com todos os componentes celulares que compõem a célula desses seres: núcleo, DNA, mitocôndrias, tecido conjuntivo, fibras musculares, membranas, além das comuns, carboidratos, lipídeos... Estômago → suco pancreático → processa o que é necessário e o restante fica para as bactérias ali presentes. ATP (Trifosfato de adenosina) > ADP > E AMP A. Base nitrogenada – Adenina B. Carboidrato C. Ligação entre fosfato (bastante energética) Ao quebrar, liberamos uma enorme quantidade de energia O fosfato pode mudar de posição e, assim, montar uma nova estrutura. Lembrando: mudo a estrutura → mudo função • Linear → AMP → sinaliza falta de energia • Cíclica → cAMP → é um segundo mensageiro (ou sinalizador hormonal) o Substância X = 1° mensageiro = atua fora da célula, isto é, na superfície o cAMP = atua dentro da célula • EXEMPLOS: o Liberado pela Adrenalina, desencadeia os efeitos desse hormônio no coração o Liberado pelo ADH, desencadeia funções de diurese o Liberado pelo GH, desencadeia crescimento Vitamina B9 – Ácido fólico ou folato: ajuda na transferência do carbono (na timina), que é importante no DNA, por isso é importante para grávida pré e durante gestação Nucleotídeo = Base nitrogenada + açúcar + fosfato Nucleosídeo = Base nitrogenada + açúcar • A-adenina • G-guanina Púricas (PurinAG) • T-timina • U-uracila • C-citosina Piramídicas Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 4 Aminoácidos Subunidades monoméricas relativamente simples fornecem a chave da estrutura de milhares de proteínas diferentes. • As proteínas de cada organismo, das bactérias aos seres humanos, são construídas a partir do mesmo conjunto de 20 aminoácidos. • Cada um desses aminoácidos tem uma cadeia lateral com propriedades químicas próprias • Essas 20 moléculas precursoras podem ser consideradas o alfabeto no qual a linguagem da estrutura proteica é lida. Composição básica do aminoácido (alfa-aminoácido) • Hidrogênio • Grupamento amino • Grupamento ácido • R – Radical ou Cadeia lateral A. com características químicas próprias, diferenciando os 20 aminoácidos alfa-aminoácido = Carbono alfa é um carbono QUIRAL Funções dos aminoácidos: • Componentesde peptídeos e proteínas • Composição do DNA e RNA • Reações do corpo e etc • Fenilcetonúria: relacionado ao aminoácido FENILALANINA, ou não metabolismo deste. o Fenilalanina → Tirosina → T3 e T4 (hormônios tireoidianos) o Não tenho a enzima que transforma um aminoácido no outro ▪ Hipotireoidismo congênito, por exemplo o Problemas no desenvolvimento do sistema nervoso → retardo mental • Rinite: relacionado ao aminoácido HISTIDINA, que ao ser utilizada pelos mastócitos, produz a Histamina que causa: o coceira no nariz, coriza, congestão nasal, falta de ar, dilatação vasos e até dor ▪ Dor de cabeça: cefaleia que estimula dor e inflamação ▪ Só dipirona ou paracetamol não resolve, precisa de um antialérgico o Estimulador neurológico (Neurotransmissor) o Estimula produção de HCL no estômago Antialérgicos ou Anti-histamínicos: Vão bloquear o receptor H1 e então o a histamina não consegue atuar. Só que se ele também chegar no sistema nervoso ele vai dar sono • Loratadina e a Fexofenadina (Alegra): o 2ª geração: dificilmente chegam ao sistema nervoso • Polaramine e Histamin e Dramin: o 1 ª geração: Dão sono, chegam ao SN o Dramin não age sobre o H2 e sim sobre H1 no tronco encefálico no Centro do Vômito (Histamina → estimula o labirinto → Vômito) o Náusea e Vômito por: Vonau Dramin Plasil Buscopan Serotonina Histamina Dopamina Acetilcolina São BLOQUEADORES DE RECEPTOR Antialérgico não é calmante, mas pode ter o efeito • Creche e asilo, tem acontecido isso, dar antialérgico de 1ª geração para as pessoas Proteínas Macromoléculas biológicas mais abundantes, as proteínas controlam praticamente todos os processos que ocorrem em uma célula, exibindo uma quase infinita diversidade de funções. • Enzimas, hormônios, anticorpos, fibras musculares, transportadores, proteínas das lentes dos olhos. o Enzimas são uma das chaves para compreensão da química da vida. As proteínas são os instrumentos moleculares pelos quais a informação genética é expressa. Receptor H1 Receptor H2 Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 5 Lipídeos Característica em comum que os define é a insolubilidade em água. As funções biológicas dos lipídeos são tão diversas quanto a sua química. • Gorduras e óleos: principais formas de armazenamento de energia em organismos. • Os fosfolipídios e os esteróis: elementos estruturais de membranas biológicas. Ácidos Graxos Lipídeos mais simples, são ácidos carboxílicos com cadeias hidrocarbonadas de comprimento variando de 4 a 36 carbonos (C4 a C36). As cadeias de ácidos graxos podem ser: • SATURADAS: não contém ligações duplas o Normalmente origem animal, ceroso o Estado: sólido* • INSATURADAS: contém 1 ou + ligações duplas. o Normalmente origem vegetal, óleos o Estado: líquido* *temperatura ambiente A insaturação fixa a posição do C o que leva a isomeria • CIS: ligantes iguais estão em lados iguais o Óleo novo • TRANS: ligantes iguais estão em lados opostos o Reutilizar o óleo pode formar Ocorrência mais comum apresentam um número par de átomos de carbono em uma cadeia não ramificada de 12 a 24 carbonos. • Porque par? Resulta do modo como são sintetizados, o que envolve condensações sucessivas de unidades de 2C (acetato). Triglicerídeos (TGL) É a gordura que não queremos ter, mas é uma fonte de armazenamento de energia animal muito boa. GERA MTO ATP TGL TRIACILGLICEROL Polar - Cabeça: Glicerol Apolar – Caudas: 3 molec. de ACIL Fosfolipídios Diferencia-se do TGL, por ter um grupo fosfato e um composto orgânico que seja álcool no 3°C • Membrana • Sinalizador Colesterol Possui uma estrutura esteroidal → 4 anéis • Origem animal apenas • Todo colesterol tem essa estrutura de 4 anéis Não precisa quebrá-lo para absorção, por sua estrutura e propriedade química ele entra direto na célula. • Por isso a facilidade de ‘crescer’ com anabolizantes (esteroides) • Placas de ateromas: é por acúmulo de colesterol e não por triglicérides o TGL dá barriga Importância – função: • Hormônio sex.: testosterona, estrógeno, progesterona • Hormônios: aldosterona e cortisol • Vitamina D Sais Biliares Sais biliares compõem a bile (mistura de substâncias), esta que é produzida pelo fígado e armazenada na vesícula biliar. • Produzido a partir de colesterol • Lado polar e apolar o Conseguem dissolver, EMULSIFICAR, a gordura no intestino → facilitando o processo posterior de DIGESTÃO • Retirei a vesícula: não consigo comer alimentos gorduroso → diarreia → pois eu não armazeno bile, existe apenas uma ligação direta do fígado para o intestino. Remédio: ampolas de sais biliares. Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 6 BIONERGÉTICA É uma atividade celular altamente coordenada, em que muitos sistemas multienzimáticos (vias metabólicas) cooperam para: • obter energia química degradando nutrientes energeticamente ricos obtidos do meio; • converter as moléculas dos nutrientes em moléculas com características próprias de cada célula, incluindo precursores de macromoléculas; • polimerizar precursores monoméricos em macromoléculas o proteínas, ác. nucleicos e polissacarídeos • sintetizar e degradar as biomoléculas necessárias para as funções celulares especializadas o lipídeos de membrana, mensageiros intracelulares e pigmentos. Importante: • Via aeróbica precisa do oxigênio, não para produzir ATP diretamente, mas sim para receber os elétrons na mitocôndria. o Se a mitocôndria não se desfaz desses elétrons, a produção de energia PARA. o Oxidar a glicose = tirar elétrons • Citoplasma é onde ocorre a oxidação (quebra) da glicose • Glicose → metabolizada etapas → Piruvato o 1xGlicose → 2xPiruvatos Glicose → Combustível • Antibióticos pós infecções → mata a microbiota - a flora bacteriana intestinal - por isso devem ser repostas. o Bactérias essas que sintetizam as vitaminas do complexo B - ENZIMAS o Reposição: ▪ iogurtes e lactobacilos ▪ Floratil e repoflor (a base de Saccharomyces??) ▪ Polivitamínicos e sais minerais • Cofatores o Médico perdeu o hábito de receitar o antibiótico e o repositor vitamínico Reações anabólicas e catabólicas, geralmente ocorrem em compartimentos celulares distintos: • Catabolismo de ácidos graxos na mitocôndria • Síntese dos ácidos graxos no citosol Anabolismo (Biossíntese) • Precursores pequenos e simples formam moléculas maiores e mais complexas o Lipídeos, polissacarídeos, proteínas e ácidos nucleicos. • As reações anabólicas necessitam de fornecimento de energia, geralmente na forma de potencial de transferência do grupo fosforil do ATP e do poder redutor de NADH, NADPH e FADH2. Catabolismo (Degradação) • Moléculas nutrientes orgânicas (carboidratos, gorduras e proteínas) são convertidas em produtos finais menores e mais simples o Ácido láctico, CO2 e NH3 • As vias catabólicas liberam energia, e parte dessa energia é conservada na forma de ATP e de transportadores de elétrons reduzidos (NADH, NADPH e FADH2); o o restante é perdido como calor. A quebra glicolítica da glicose é a única ou principal fonte de energia metabólica em alguns tecidos e células de mamíferos • Eritrócitos, medula renal, cérebro e esperma Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 7 Via Glicolítica É a vida de degradação da glicose para a produção de energia. O precursor (glicose) é convertido em um produto (piruvato) por meio de uma série de intermediários metabólicos chamados de metabólitos. IMPORTANTE – ENZIMAS CINASES Se no processo tem uma ENZIMA CINASE envolvida, estou falando de ATP, seja na síntese (construção) ou na degradação (quebra). Fosforilação Oxidativa É um processo mitocondrial eé a finalização do metabolismo produtor de energia em seres aeróbios. • Todos os passos oxidativos na degradação de carboidratos, gorduras e aminoácidos convergem para esse estágio final da respiração celular, onde a energia da oxidação promove a síntese de ATP. Responsável pela maior parte do ATP sintetizado na maioria dos organismos, na maior parte do tempo. → Começa com a entrada de elétron na cadeia de carregadores de elétrons, chamada de cadeia respiratória ou cadeia transportadora de elétrons. Transportadores de elétrons Cadeia respiratória mitocondrial consiste numa série de carregadores que agem sequencialmente, na maioria proteínas integrais com grupos prostéticos capazes de aceitar e doar um ou dois elétrons. O que define qual transportador de elétrons vamos utilizar é a localização que está acontecendo a reação. Os transportadores são as COENZIMAS: • NAD: Nicotinamida Adenina Dinucleotídeo o NAD+ + e- + H+ → NADH • FAD: Flavina Adenina Dinucleotídeo o FAD+ + 2e- + 2H+ → FADH2 IMPORTANTE – ENZIMAS DESIDROGENASES Se no processo tem uma ENZIMA DESIDROGENASES envolvida, estou falando de transporte de elétrons envolvendo os NAD e FAD. As vitaminas B3 (Niacina) e B2 (Riboflavina) são fundamentais ao metabolismo energético • Não são sintetizadas por animais e, por isso, devem ser adquiridas na alimentação. • Cansaço muscular e fadiga: mesmo se alimentando corretamente no quesito glicose, ela não tem ingerido as vitaminas então todo o metabolismo e produção de energia é comprometido. o Vitaminas → coenzimas → enzimas Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 8 Em condições aeróbias: O piruvato formado na etapa final da glicólise é oxidado → acetato (acetil-CoA) → entra no ciclo do ácido cítrico (CICLO DE KREBS) → oxidado a CO2 e H2O • O NADH → reoxidado a NAD+ pela transferência de seus elétrons ao O2 o Respiração mitocondrial. Em condições de hipoxia (pouco oxigênio): Como no músculo esquelético muito ativo, nos tecidos vegetais submersos, nos tumores sólidos ou nas bactérias lácticas – o NADH gerado pela glicólise não pode ser reoxidado pelo O2. • A falha na regeneração de NAD+ deixaria a célula carente de aceptor de elétrons para a oxidação, e as reações geradoras de energia da glicólise cessariam. NAD+ deve ser regenerado de outra forma. Via Anaeróbia – Fermentação Láctica Lembrar que a quebra da glicose (via glicolítica) faz a primeira etapa, nesse caso, a diferença é que o O2 não está presente para receber os elétrons e reduzir, assim a FERMENTAÇÃO é uma alternativa que a célula tem para regenerar p NAD+, transformando: • Piruvato (ác. pirúvico) → Lactato (ác. láctico) • Doação de elétrons → lactato desidrogenase o Não tem ATP na fermentação ▪ Síntese ATP (2x) é da via glicolítica A fermentação láctica, acoplada à via glicolítica, é fundamental para repor NAD+ para esta via • O lactato pode voltar a ser glicose através de um processo que acontece no fígado → GLICONEOGÊNESE ➔ Alguns tecidos e tipos celulares produzem lactato a partir de glicose mesmo em condições aeróbias o Eritrócitos não tem mitocôndria, assim, não oxidam piruvato até CO2 No citoplasma: existe muito H+ em circulação, ficando disponível no meio ou sendo captado através dele Atleta x sedentário: • O atleta se prepara fortalecendo a via aeróbica, aumentando mitocôndria, preparando vasos sanguíneos e fortalecendo as células musculares o Via anaeróbia é só uma via de escape • O sedentário que volta a fazer atividade, por não estar preparado, consome pouco o2, faz muita fermentação (respira errado ou exercício pesado) → cãibra + dores + tontura Leveduras e outros microrganismos fermentam: • Igual: Possuem a mesma via glicolítica o mesmas enzimas • Diferença: glicose→piruvato→etanol e CO2 o em vez de lactato Prost - PÃO E CERVEJA: Glicose → piruvato →*¹ acetaldeído →*² etanol *¹ - libera CO2 *² - libera NAD+ a) Levedura consome todo o O2 → começa a fermentar e produzir o álcool b) Massa descansar, cresce na liberação de CO2 • Comer um alimento contaminado com bactéria (podrão pós balada + SALMONELA) o Bactéria chega ao intestino e processa o resto do alimento → fermenta → produz gases (CO2 e outros) ▪ Distende a parede do intestino → Peristaltismo → Diarreia Fernando Castro - PUC Minas 1° Período - Aula 1 – 06 e 13/08/20 9 FISIOLOGIA DO EXERCÍCIO → Aumentar performance FUTEBOL e a papa de Hemácia Ao treinar em altas altitudes, devido ao menor volume de O2 disponível no ar, o corpo se adapta aumentando a quantidade de hemácias, mitocôndrias e etc. Como esse processo demora semanas, ficaria caro levar o atleta antes para treinar, então o que é feito: alguns dias antes eles tiram sangue com hemácias (ex. em BH) e viajam com essa papa para o jogo (ex. Chile), no dia mesmo do jogo, retornam com esse sangue para o corpo do atleta, o que faz com que ele fique com um volume sanguíneo maior, consequentemente, mais hemácias para transportar O2 Referências • Prof Dr. Vitor Schuabb – Unifaminas • Prof Andreia– PUCMinas • Bioquimica Ilustrada – Pamela • Principios da Bioquimica – Lehninger