Ciência que estuda a química da vida (características dos seres vivos)

Ciência que estuda a química da vida
(características dos seres vivos)
Características dos seres vivos
1 - Complexidade química e organização microscópica
Elementos químicos comuns C, O, N, H e P
Grande diversidade das biomoléculas/ poucas unidades
fundamentais (monômeros)
Cada biomolécula apresenta características estruturais
específicas relacionadas à sua composição em subunidades e
arranjo nas células – determinar a função e diversidade nas
células
Hierarquia estrutural das células
Células são unidades fundamentais dos seres vivos altamente organizadas
Tecidos e
Organismos
Células
Complexos
supramoleculares
Macromoléculas
Unidades
monoméricas
As unidades monoméricas e essa hierarquia estrutural são
compartilhadas por todas as células vivas
Como se explica bioquimicamente tanta
variação/diversidade nos seres vivos
“The garden of eden”
Jan van Kessel
(Belgica sec 17)
Unidades monoméricas agrupadas em sequência
diferentes podem originar várias moléculas
Dois tipos de monômeros para serem agrupados.
Quantas moléculas diferentes podem ser obtidas?
Molécula de 2 monômero
Molécula de 3 monômero
Unidades monoméricas agrupadas em sequência
diferentes podem originar várias moléculas
S=NL onde:
S = número de seqüências possíveis
N = número de unidades existentes
L = comprimento linear da seqüência
Para L = 8 e N=4 ou 20
DNA → S=48 = 65.536
Proteínas → S = 208 = 2,65x1010
A variação no arranjo das unidades
monoméricas → variedade nas células
2 - Possuem sistemas para a
extração, transformação e uso da
energia do meio em que vive
replicação
DNA
transcrição
RNA
tradução
Proteína
DNA
3 - Capacidade de se
replicar e viver em grupo
4 - Possuem mecanismos de perceber e responder a
alterações do meio
Adaptação por alterações bioquímicas internas
5 - Possuem capacidade de definir funções
para seus componentes e regular a interação
entre eles.
Todas essas características são determinadas
pela síntese e interação entre moléculas
específicas – estruturas definidas e
importantes para sua função biológica
Bioquímica área da ciência que
estuda a estrutura das biomoléculas,
suas propriedades e como elas
interagem para conferir as
características dos seres vivos
Biomoléculas
Moléculas orgânicas que constituem os seres vivos
Biomoléculas quando observadas
individualmente, seguem todas as leis da física e
química descritas para a matéria inanimada
Conferem as características especiais dos
seres vivos quando elas passam a agir em
conjunto com uma grande organização
87%
Maior massa é de
carbono, nitrogênio,
oxigênio e hidrogênio
Existe a participação
de vários outros
elementos em
pequena quantidade
 C = 1/2 do peso seco das células
 As biomoléculas são organizadas ao
redor de um esqueleto de átomos de C
 C é um átomo muito versátil em relação às
ligações covalentes que pode formar
A que se refere essa versatilidade ?
Tipos de ligação e átomos que reagem
Forma ligações covalentes simples com o H
Forma ligações covalentes simples e duplas com o O
Forma ligações covalentes simples e duplas com o N
Além disso.......
Ligações entre átomos de C
(tripla é rara nas biomoléculas)
Grande significado para a Biologia - conformação
Conformação
arranjo tridimensional específico dos
átomos que formam uma molécula
A estrutura tridimensional
(conformação) das biomoléculas é
importante para suas características e
funcionalidade
Átomos de Carbono - Geometria tetraédrica
Núcleo dos átomos das ligações com o C não estão
em um mesmo plano, apresentam um arranjo
tetraédrico
Ligações covalentes simples entre átomo de carbono
Ângulo de 109º entre duas ligações
Comprimento de 0,154nm entre os átomos
Possui rotação livre e geometria tetraédrica
A dupla ligação entre os C confere maior
proximidade entre os átomos (0,134nm)
A geometria entre os C é planar
É rígida, não permite rotação entre os átomos pois
todos os átomos vizinhos estão em um mesmo plano
Os átomos de C das biomoléculas formam cadeias lineares,
ramificadas ou cíclicas, com ligações simples e duplas
Adquirindo uma conformação tridimensional especifica
A configuração das moléculas biológicas também é
importante para a sua atividade
Disposição diferentes de ligantes ao redor do átomo de C
isômeros geométricos e estereoisômeros
Presença de dupla ligação
Presença de carbono assimétrico
As formas isoméricas não podem ser
convertidas sem a quebra de ligação
Isômeros geométricos ou cis-trans
• Diferem no arranjo de seus grupos com relação a uma dupla ligação
• Cada isômero é um composto com características diferentes
Estereoisômeros
• Um átomo de carbono com quatro ligantes diferentes (carbono
assimétrico ou centro quiral) - duas configurações que são
imagem especular entre si.
• Cada isômero é um composto com características químicas
semelhantes e diferem nas características físicas e biológicas
• Moléculas biológicas podem ter mais que um centro quiral e
portanto vários isômeros (enantiômeros e diasterômeros) – 2n
Ervas usadas na culinária
Óleos essenciais utilizados na indústria
Uso na indústria de alimentos (flavorizantes), como
solventes biodegradáveis e como o R-limoneno tem efeito
repelente para insetos tem sido usado na formulação de
alguns inseticidas.
10 minutos
intervalo
A esse esqueleto de C é adicionado
grupos de outros átomos que conferem as
propriedades químicas das moléculas –
diversidade.
Grupos funcionais
Separados em 5 famílias de compostos
1 - Hidrocarbonetos
2 - Grupos com oxigênio
3 - Grupos com nitrogênio
4 - Grupos com enxofre
5 - Grupos com fósforo
1 - Hidrocarbonetos
Metil
Etil
Fenil
2 - Grupos com oxigênio
alcool - hidroxila
carbonila
éter
aldeído
cetona
carboxila
anidrido
( 2 carboxilas)
éster
3 - Grupos com nitrogênio
amina
guanidina
amida
imidazol
4 - Grupos com enxofre
sulfidrila
dissulfeto
tioester
5 - Grupos com fósforo
fosforila
acilfosfato
(anidrido misto, acido carboxilico
mais acido fosforico)
fosfoanidrido
As moléculas biológicas podem ser
consideradas polifuncionais em relação
aos grupos químicos que as compõem
As características químicas e biológicas
das biomoléculas são determinadas pelos
grupos funcionais que as constituem e
sua disposição tridimensional
Esse conjunto de átomos ligados
covalentemente apresentam uma conformação
espacial importante para desempenhar uma
função bioquímica/biológica
Uma molécula muito importantes nos
organismos vivos é a água (70% massa)
Molécula dipolar – arranjadas ordenadamente
através de ligações de hidrogênio
 Grupamentos polares das biomoléculas podem formar ligações
de hidrogênio com a água
 Ocorrem entre um átomo eletronegativo (Oxigênio ou
Nitrogênio) e um hidrogênio ligado a outro átomo
eletronegativo (Oxigênio ou Nitrogênio)
Ligações de Hidrogênio importantes nas biomoléculas
Ligações de
Hidrogênio podem
ocorrem entre
moléculas e a água,
entre grupos de
uma mesma
molécula ou de
moléculas diferentes
Presença de grupos com carga elétrica ou que fazem ligações
de Hidrogênio com a água classifica as moléculas em:
hidrofílicas (moléculas solúveis na água)
hidrofóbicas (moléculas não solúveis na água)
Essas interações fracas:
• ligações de hidrogênio
• forças hidrofílicas e hidrofóbicas
• interações iônicas
Importantes para a manutenção da
estrutura tridimensional das
moléculas e suas funções biológicas
Estrutura biomoléculas
• Carboidratos (Açúcares)
• Proteínas (Enzimas)
• Lipídeos (Gorduras)
• Ácidos Nucleicos (DNA/RNA)