BIOQUÍMICA Ramo da Química Orgânica que estuda as substâncias presentes nos seres vivos e as reações químicas fundamentais a vida. A Química orgânica estuda substâncias que contém o elemento carbono em sua constituição. HISTÓRICO TEORIA ATÔMICA: Todos os objetos são formados por minúsculas partículas - os átomos. HISTÓRICO TEORIA DA FORÇA VITAL (VITALISMO): A fabricação de substâncias orgânicas dependia de uma “essência imaterial” presente apenas nos seres vivos. Friedric Wöhler: químico alemão que conseguiu em 1828 fabricar ureia (substância orgânica) a partir de cianato de amônia (substância inorgânica). Substâncias Inorgânicas: água e sais minerais. Orgânicas: carboidratos, proteínas, lipídios, vitaminas e ácidos nucleicos. C,H,O,N,P,S (98%) PRINCIPAIS ELEMENTOS DOS SERES VIVOS Ca, Fe, Mg, Na, K, Cl, I etc. (2%) ÁGUA (85%) PROTEÍNAS (10%) PRINCIPAIS CONSTITUINTES DOS SERES VIVOS LIPÍDIOS (2%) GLICÍDIOS (1%) ÁCIDOS NUCLEICOS (1%) VITAMINAS E SAIS INERAIS (1%) ÁGUA Ligação de hidrogênio Proporção de água no planeta e nos seres vivos A água é o solvente universal das soluções biológicas. Ciclo Hidrológico Água no corpo Humano Um ser humano em condições normais perde cerca de 2,5 litros de água diariamente. Papeis da água nos seres vivos • Meio de ocorrência das reações químicas; • Substrato nas reações de hidrólise; • Distribuição celular de substâncias; • Meio dos sistemas de transporte animal e vegetal; • Impede grandes variações de temperatura; • Manutenção da homeostase do organismo; • Age como lubrificante nas articulações e mucosa; • Facilita o processo de digestão dos alimentos. SAIS MINERAIS Substâncias inorgânicas formadas por partículas eletricamente carregadas (íons) em meio aquoso. ÍONS Cátions Carga elétrica positiva Ex: Na+, K+, Ca++, Mg++, Fe++. Ânions Carga elétrica negativa Cl-, HCO3-, PO43-, SO4= Importância Biológica • Manutenção do equilíbrio osmótico; • Equilíbrio eletroquímico; • Equilíbrio ácido-base (sistema tampões). Sais Minerais Íons Cálcio Principais funções Fontes alimentares Formação dos ossos, dentes e coagulação sanguínea. Transmissão de impulsos nervosos, batimentos cardíacos e contração muscular. Leite e derivados , vegetais verde-escuros. Fósforo Formação de ossos e dentes. Constituição dos ácidos nucléicos e ATP. Leites e derivados, carnes, aves, peixes, cereais, legumes. Potássio Contração muscular, pressão sanguínea, impulso nervoso, equilíbrio hídrico. Verduras, frutas, leguminosas, carnes, leite. Sódio Equilíbrio hídrico, impulso nervoso e relaxamento muscular. Sal de cozinha. Cloro Equilíbrio hídrico. Sal de cozinha. Contração muscular Sistemas produtores de energia e constituição da clorofila. Cereais, vegetais e frutas. Ferro Pigmentos respiratório s (hemoglobina e mioglobina). Carnes, fígado, vegetais verdes, leguminosas. Zinco Constituintes de enzimas e hormônios Cicatrização. Carnes, fígado, ovos, mariscos, cereais. Cobre Enzimas e metabolismo da hemoglobina. Fígado, mariscos, nozes e leguminosas. Iodo Componente de hormônios tireoideanos Peixes, frutos do mar e sal iodado. Flúor Manutenção dos ossos e esmalte dos dentes. Água fluorada. Magnésio ÍON OCORRÊNCIA FUNÇÃO CARÊNCIA EXCESSO + Na Principal cátion extracelular Equilíbrio hídrico Ansiedade, diarreia, problemas circulatórios Retenção urinária, sede, edema K+ Principal cátion intracelular Equilíbrio hídrico e contração muscular Letargia, fraqueza muscular e distúrbios neurológicos Irritabilidade, náusea, retenção urinária, parada cardíaca 90% presente nos ossos e dentes Fortalecimento dos ossos, contração muscular e transmissão do impulso nervoso. Tétano, câimbra e osteoporose Relaxamento muscular, cálculo renal e dor óssea ++ Mg 70% presente nos ossos Auxilia ações enzimáticas, músculos e coordenação motora Cl Principal ânion extracelular Presente no suco gástrico. Regulação dos fluidos corporais Ca++ Desorientação, hipertensão, tremores, pulso fraco Ansiedade, diarreia e problemas circulatórios Sonolência Retenção urinária, sede, edema VITAMINAS Substâncias orgânicas necessárias em pequenas quantidades, sendo importantes nas atividades metabólicas do organismo e que não são sintetizadas por ele. A maioria das vitaminas atua como fator auxiliar (co-fator) em reações químicas catalisadas por enzimas. VITAMINAS HIDROSSOLÚVEIS LIPOSSOLÚVEIS Complexo B e C A,D,E e K Características • Formam uma classe heterogênea de substâncias; • Provém de fontes exógenas; • Difundem-se por todo organismo; • Atuam em quantidades mínimas. DISTÚRBIOS RELACIONADOS ÀS VITAMINAS AVITAMINOSES OU HIPOVITAMOMINOSES: Doenças provocadas pela falta de vitamina. HIPERVITAMINOSE: Doenças provocadas pela ingestão de vitaminas além das doses recomendadas. IMPORTANTE! • As necessidades diárias de vitaminas são supridas por meio de uma alimentação variada. Vitaminas Hidrossolúveis Vitaminas Funções e Deficiência Principais fontes B1-Tiamina • Metabolismo de carboidratos e gorduras. • Respiração celular e condução do impulso nervoso. • Deficiência: Beribéri (inflamação e degeneração dos nervos), insuficiência cardíaca, distúrbios mentais. Carnes, legumes, cereais integrais e verduras. B2-Riboflavina • Respiração celular e produção de hemácias. • Deficiência: Fissuras na pele (rachaduras no canto da boca), anemia e fotofobia. Laticínios, carnes, cereais integrais, verduras, leite, ovos e fígado. B3-Niacina, nicotinamida, ácido nicotínico ou PP (Preventiva da Pelagra) • Respiração celular • Importante para células da epiderme, epitélio intestinal e nervos. • Deficiência: Pelagra ou doença dos 3 D’s (Dermatite, Diarréia e Demência). Carnes, ovos e laticínios. B5-Ácido pantotênico • Respiração celular e metabolismo das gorduras. • Deficiência: Anemia, fadiga, formigamento nas mãos e pés. Carnes, laticínios, cereais integrais e verduras. B6-Piridoxina • Metabolismo das proteínas. • Síntese de hemoglobina e sistema nervoso. • Deficiência: Anemia, convulsões e contrações musculares involuntárias Carnes, verduras, cereais integrais, leite, fígado e peixe. Vitaminas Hidrossolúveis Vitaminas Funções e Deficiência Principais fontes B8ou H-Biotina • Síntese de queratina. • Deficiência: Inflamações e distúrbios neuromusculares. Carnes, legumes e verduras. B9-Ácido fólico • Formação embrionária do tubo neural. • Deficiência: Anemia e má formação fetal. Vegetais verdes, laranja, nozes, legumes, cereais integrais. É sintetizado pelas bactérias da microbiota intestinal. B12-Cobalamida • Neurônios e glóbulos vermelhos. • Deficiência: Anemia perniciosa, distúrbios do SN e má formação de hemácias. Nozes, carnes, cereais integrais e fígado. C-Ácido ascórbico • Síntese de colágeno e antioxidante. • Deficiência: Escorbuto (lesões na mucosa intestinal com hemorragias, sangramento das gengivas, fraqueza). Carnes, laticínios, cereais integrais e verduras. Vitaminas Lipossolúveis Vitaminas Funções e Deficiência Principais fontes A-Retinol nos animais • Integridade da pele, dos epitélios respiratório, intestinal e urinário. •Síntese de pigmentos na retina. • Deficiência: Pele escamosa e seca, xeroftalmia e cegueira noturna. Vegetais verdes e amarelos, frutas amarelas e alranjadas, fígado, leite e derivados, gema de ovo, óleo de fígado de bacalhau. D-Calciferol • Estimula absorção de cálcio e fósforo no intestino. • Deficiência: Raquitismo em crianças (deformação e enfraquecimento dos ossos) e enfraquecimento dos ossos em adultos. É produzida pela pele humana ,sob ação da radiação solar, e no fígado a partir de substâncias precursoras presentes em laticínios, gema de ovo, vegetais ricos em óleos. E-Tocoferol • Antioxidante. • Estimula a gametogênese. • Deficiência: Anemia e esterilidade. Gérmen de trigo, cereais integrais, vegetais folhosos, gema de ovo. K- Filoquinona • Coagulação sanguínea. • Deficiência: Hemorragias Vegetais, chá, bactérias da microbiota intestinal. Carboidrato Carboidratos, glicídios, glúcides (as), açúcares ou hidratos de carbono são as biomoléculas mais abundantes na natureza, constituídas principalmente por carbono, hidrogênio e oxigênio. Funções: • Fonte energética. Ex: glicose. • Estrutura celular e corpórea. Ex: celulose e quitina; • Proteção. Ex: parede celular e exoesqueleto dos artrópodes; • Lubrificação e coesão. Ex: proteoglicanos; • Sinalização e glicoproteína; reconhecimento. Ex: glicolipídio e • Participam da composição química dos ácidos nucleicos. Ex: ribose e desoxirribose. • Muitos são agentes redutores nas reações químicas. CLASSIFICAÇÃO Monossacarídeo Dissacarídeo Polissacarídeo MONOSSACARÍDEOS São açúcares simples formados por moléculas pequenas, solúveis em água e facilmente transportadas pelo corpo. A glicose é a principal fonte energética para o metabolismo celular. MONOSSACARÍDEOS FÓRMULA GERAL: (CH2O)n • em que n varia de 3 a 8. Classificação quanto ao grupo funcional Os monossacarídeos que contém um grupo aldeído são chamados de aldoses e os que contém um grupo cetona são denominados de cetoses. NOMENCLATURA FÓRMULA Nº de átomos de C + OSE C3H6O3 Triose C4H8O4 Tetrose C5H10O5 Pentose C6H12O6 Hexose C7H14O7 Heptose REPRESENTAÇÃO DOS MONOSSACARÍDEOS Os monossacarídeos com mais de cinco carbonos ocorrem em solução aquosa como estruturas cíclicas. ISÔMEROS São conjuntos de moléculas que têm a mesma fórmula química, mas possuem estrutura molecular diferente. ISÔMEROS ÓPTICOS São conjuntos especulares. de moléculas que formam pares DISSACARÍDEOS São açúcares formados a partir da união de dois monossacarídeos. Essa ligação é denominada ligação glicosídica, na qual ocorre uma reação de desidratação. SÍNTESE POR DESIDRATAÇÃO E HIDRÓLISE 1. Síntese por desidratação: a água é um dos produtos da reação. 2. Hidrólise: a água é um dos reagentes da reação. DISSACARÍDEOS MAIS COMUNS DISSACARÍDEO MONOSSACARÍDEOS FONTE Maltose Glicose + Glicose Cevada Sacarose Glicose + Frutose Lactose Glicose + Galactose Cana-deaçúcar Leite POLISSACARÍDEOS (GLICANOS) São açúcares formados por vários monossacarídeos unidos entre si. São insolúveis em água e podem ser desdobrados em açúcares simples por hidrólise. Suas principais funções são armazenamento energético e participação como componentes estruturais das células. Ex: amido, glicogênio, celulose etc. CLASSIFICAÇÃO Homopolissacarídeos Amido, glicogênio, celulose, quitina Heteropolissacarídeos Peptideoglicano, ácido hialurônico (proteoglicana) POLISSACARÍDEOS AMIDO E GLICOGÊNIO • O amido é o polissacarídeo de reserva dos vegetais. É encontrado no milho, na batata e muitas raízes vegetais. • O glicogênio é o polissacarídeo de reserva dos animais. É encontrado no fígado, músculos e tecido adiposo dos animais. LIPÍDIOS Substâncias orgânicas apolares cujas principais características são insolubilidade em água e solubilidade em certos solventes orgânicos, como éter, álcool e clorofórmio. CLASSIFICAÇÃO DOS LIPÍDIOS GLICERÍDEOS FOSFOLIPÍDIOS CAROTENOIDES CERAS ESTEROIDES GLICERÍDEOS Molécula do álcool glicerol ligada a uma duas ou três moléculas de ácidos graxos. Os triglicerídeos são representados pelos óleos e gorduras. ÁCIDOS GRAXOS Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos que possuem longas cadeias carbônicas. ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS • Carbonos ligados por ligações simples. São gorduras a temperatura ambiente. INSATURADOS • Apresenta carbonos ligados por ligações duplas. São óleos a temperatura ambiente. GORDURA SATURADA X ÓLEOS INSATURADOS Gordura saturada: sólida a temperatura ambiente. Ex: Óleo da palmeira africana Elaeis guineensis (azeite de dendê). Óleos insaturados: líquidos à temperatura ambiente. Ex: “cotovelo” RENDIMENTO: LIPÍDIO X CARBOIDRATOS A oxidação de um ácido graxo, como o ácido palmítico (16C), rende aproximadamente 100 moléculas de ATP na miticôndria, enquanto a molécula de glicose rende cerca de 38 ATPs. ÁCIDOS GRAXOS ESSENCIAIS São os ácidos graxos que o organismo humano não consegue fabricar e devem ser incluídos na dieta. São eles: o ácido linoleico (C18H32O2) e o ácido alfa-linolênico (C18H30O2). GORDURA VEGETAL HIDROGENADA E ÁCIDOS GRAXOS TRANS • Ácidos graxos insaturados Hidrogenação industrial ácidos graxos saturados. • Ácidos graxos insaturados aquecimento prolongado configuração de cis para trans. NOMENCLATURA Glicerol + 1 Ácido graxo MONOGLICERÍDEO Glicerol + 2 Ácidos graxos DIGLICERÍDEO Glicerol + 3 Ácidos graxos TRIGLICERÍDEO FUNÇÕES DOS GLICERÍDEOS • Reserva energética; • Isolamento térmico; • Regulação da densidade em certos animais aquáticos. FOSFOLIPÍDIO Moléculas compostas por duas cadeias de ácidos graxos ligadas a uma molécula de glicerol, um grupo fosfato e um segundo álcool. FORMAÇÃO DE UM FOSFOLIPÍDIO O FOSFOLOPÍDIO É ANFIPÁTICO OU ANFIFÍLICO As membranas celulares têm constituição lipoproteica, apresentando duas camadas de fosfolipídios com proteínas imersas. Hidrofílica Hidrofóbica Lipossomo CAROTENOIDES São lipídio de cor vermelha, laranja ou amarela presentes nas células das plantas. Atuam como pigmentos acessórios na absorção de luz para a fotossíntese. Nos animais são precursores de substâncias importantes, como a vitamina A. CERAS Moléculas constituídas por um álcool (diferente do glicerol) unido a moléculas de ácidos graxos. Tem função impermeabilizante nos animais e vegetais, além de impedir a perda de água por transpiração. CERÚMEM DA ORELHA O cerúmem da orelha é composto por uma mistura de queratina e ácidos graxos de cadeia longa (saturados e insaturados). CERÍDEOS E AS ABELHAS As abelhas utilizam os cerídeos para a construção de colméias. ESTEROIDES São moléculas compostas por átomos de carbono interligados, formando 4 anéis, aos quais se ligam cadeias carbônicas, grupos hidroxila ou átomos de oxigênio. São representados pelos hormônios sexuais e derivados do colesterol. PROTEÍNA Molécula orgânica formada por uma ou mais cadeias de aminoácidos ligados em sequência. As proteínas são formadas por basicamente 20 aminoácidos. AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS Um aminoácido essencial é aquele que o organismo não é capaz de sintetizar, mas que é necessário para o seu bom funcionamento. TIPOS DE PROTEÍNAS HOMOPROTEÍNA Apenas cadeias peptídicas HETEROPROTEÍNA Apresenta um componente não proteico em sua constituição. PROTEÍNAS As heteroproteínas apresentam um grupo prostético (G) em sua constituição. Ex: glicoproteína, lipoproteína, metaloproteína etc. LIGAÇÃO PEPTÍDICA ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS FUNÇÃO PROTEÍNAS ESTRUTURAL Colágeno, queratina, fibroína, resilina CONTRÁTIL Actina, miosina, tubulina, dineína HORMÔNIO Insulina, glucagon TRANSPORTADORA Hemoglobina, mioglobina NUTRIENTES Albumina, caseína, ferritina DEFESA Imunoglobulina, fimbrinogênio, ricina ENZIMAS Quinases, carboidrases, proteases, lipases ENZIMA Proteínas que atuam como catalisadores biológicos, aumentando a velocidade das reações, sem alterar-se no processo. TEORIA DA CHAVE-FECHADURA ENERGIA DE ATIVAÇÃO As enzimas aumentam a velocidade da reação sem elevar a temperatura, pois diminuem a Energia de Ativação (E.A.) necessária para ocorrência da reação. ESPECIFICIDADE ENZIMA-SUBSTRATO As enzimas são extremamente específicas, pois atuam somente sobre determinado substrato e efetuam sempre o mesmo tipo de reação. ENZIMA SUBSTRATO PRODUTOS • LACTASE • SACARASE • LACTOSE • SACAROSE • GLICOSE + GALACTOSE • GLICOSE + FRUTOSE NOMENCLATURA Nome do substrato + ASE Carboidrato Lipídio Proteína Carboidrase Lipase, Protease Há enzimas que não seguem padrão de nomenclatura. Ex: ptialina, pepsina, tripsina etc. FATORES QUE INFLUENCIAM A AÇÃO ENZIMÁTICA TEMPERATURA FATORES QUE INFLUENCIAM A AÇÃO ENZIMÁTICA pH ÁCIDOS NUCLEICOS São biopolímeros formados por monômeros de nucleotídeos. Um nucleotídeo é formado por um radical fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada. FORMAÇÃO DE UM NUCLEOTÍDEO FUNÇÕES DOS ÁCIDOS NUCLEICOS DNA • Transmissão da informação genética RNA • Orientação da síntese de RNA e proteínas. ESTRUTURA DO DNA E RNA NO DNA AS PURINAS E PIRIMIDINAS ESTÃO EM PROPORÇÃO EQUIVALENTES Referências: LOPES, Sonia – Biologia – Vol. Único; Ed. Saraiva. AMABIS e MARTHO – Fundamentos da Biologia Moderna, Vol. Único; Ed. Moderna GEWANDSZNAJDER, FERNANDO; LINHARES, SÉRGIO. Biologia Hoje. Ed. Ática.2014. CESAR E SEZAR – Biologia. ED. Saraiva. Prof.° Anderson Moreira SITES E IMAGENS: • • • • https://pixabay.com/pt/ - Imagens de domínio público. https://www.google.com - Imagens de domínio público. https://pt.wikipedia.org – domínio público. https:// quest.eb.com