bioquímica - AgronomiaUFS
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Universidade Federal de Sergipe Departamento de Fisiologia BIOQUÍMICA Professor: Mestre Antônio Santos Dias O que é Bioquímica? Objeto de estudo: Descrever em termos moleculares as estruturas, os mecanismos e os processos químicos compartilhados por todos os organismos... Exemplos de biomoléculas Proteínas Ácidos nucleicos Exemplos de biomoléculas Carboidratos Lipídios Hierarquia estrutural na organização molecular das células Fundamentos celulares da Bioquímica Características universais das células vivas Fundamentos celulares da Bioquímica Características estruturais comuns das células bacterianas Diferenças estruturais entre bactérias Grampositivas e Gram-negativas Fundamentos celulares da Bioquímica Características diferenciais entre eucariotos e procariotos As células eucarióticas são maiores que as procarióticas – 5 a 100µm em diâmetro, com volumes celulares milhares a milhões de vezes maiores que aqueles das bactérias. As células eucarióticas possuem núcleo e uma variedade de organelas envoltas por membranas com funções específicas: mitocôndrias, retículo endoplasmático (liso e rugoso), complexo de Golgi, lisossomos. As células de plantas contêm, também, vacúolos e cloroplastos. Além disso, estão presentes em muitas células grânulos e gotículas contendo nutrientes armazenados como o amido e as gorduras. Fundamentos celulares da Bioquímica Características diferenciais entre eucariotos (A) e procariotos (B) Fundamentos celulares da Bioquímica Estrutura básica da célula eucariótica (animal e vegetal) Fundamentos celulares da Bioquímica Por que e como estudar os componentes de uma célula de forma individual? A Bioquímica pretende explicar a forma e a função biológica em termos químicos. Neste sentido, é preciso purificar um componente individualmente e estudar suas características químicas e estruturais. Fracionamento Celular Fundamentos Químicos Qual a natureza química das biomoléculas? Macroelementos Microelementos Qual a natureza química das biomoléculas? Exemplos: Cisteína DNA Fundamentos Químicos A química dos organismos vivos é organizada em volta do carbono. Versatilidade da ligação do carbono: O carbono pode formar ligações covalentes simples, duplas e triplas, particularmente com outros átomos de C. Fundamentos Químicos – Grupos Funcionais Os átomos de C ligados covalentemente nas biomoléculas podem formar cadeias lineares, ramificadas e estruturas cíclicas. Adicionados a esses esqueletos C estão os grupos funcionais. Grupos de átomos que conferem propriedades químicas específicas às moléculas (“personalidade química”). As biomoléculas são compostos de carbono com uma variedade de grupos funcionais. Fundamentos Químicos – Grupos Funcionais Fundamentos Químicos – Grupos Funcionais Vários grupos funcionais comuns em uma única biomolécula. Fundamentos Químicos As macromoléculas são os principais constituintes de uma célula. Fundamentos Químicos - Estereoquímica Estereoquímica: consiste na forma como os átomos de uma molécula estão arranjados no seu espaço tridimensional. Maneiras de ilustrar tridimensionalmente as estereoquímicas de moléculas simples. Ex. do aa alanina: Forma estrutural em perspectiva Modelo bola-e-bastão: mostra os ângulos de ligação e a força de ligação centro-a-centro. estruturas Espaço cheio, o raio de cada átomo é proporcional ao seu raio de van der Waals. Fundamentos Químicos - Estereoquímica Estereoisômeros – moléculas com as mesmas ligações, mas diferentes estereoquímicas, ou seja, diferentes configurações. Isômeros geométricos ou cis-trans Fundamentos Químicos - Estereoquímica Isômeros de configuração • Quatro substituintes diferentes ligados a um átomo de C, podem ter duas configurações diferentes. • Um C com quatro substituintes diferentes é dito assimétrico, logo C (s) assimétricos são chamados de centros quirais. Fundamentos Químicos - Estereoquímica Enantiômeros: são estereoisômeros que são imagens especulares do outro, mas não são superponíveis. Toda molécula quiral é um enantiômero! Diastereoisômeros: são pares de estereoisômeros que não são imagens especulares entre si. Fundamentos Químicos - Estereoquímica Fundamentos Químicos - Estereoquímica Sistemas de nomeação dos enantiômeros Sistema RS : R – ‘rectus’ do latim = direita, S - ‘sinister’ do latim =esquerda. Horário Anti-horário A cada grupo ligado ao centro quiral é atribuída uma prioridade (1,2, 3, 4) com base no número atômico que está ligado ao centro da quiralidade. Ao grupo com menor nº atômico é atribuída a menor prioridade e assim sucessivamente. Fundamentos Químicos - Estereoquímica Sistemas de nomeação dos enantiômeros Sistema D e L D-Gliceraldeído e L-Gliceraldeído Fundamentos Químicos - Estereoquímica Qual a importância biológica da quiralidade? As interações entre as biomoléculas são estereoespecíficas. Exemplo: Se o sítio de ligação em uma proteína é complementar a um isômero de um composto quiral, ele não será complementar ao outro isômero, pela mesma razão pela qual a luva esquerda não se ajusta na mão direita. A atividade de drogas que contêm centros de quiralidade pode variar de modo similar entre os enantiômeros, algumas vezes com consequências sérias ou até trágicas. Fundamentos Químicos - Estereoquímica 1963 – a talidomida foi utilizada para aliviar os sintomas de enjoo matinal em mulheres grávidas. Descobriu-se, posteriormente, que a talidomida era a causa de horríveis defeitos de nascença em muitas crianças após o uso da droga. Defeitos causados pela Talidomida Fundamentos Químicos - Estereoquímica Conformação Molecular Consiste no arranjo espacial dos grupos substituintes, sem quebrar nenhuma ligação, assumindo posições diferentes no espaço por causa da liberdade de rotação em volta das ligações simples. Eclipsada Escalonada Fundamentos Físicos Todas as células precisam de energia para diversas finalidades (síntese e degradação de grandes moléculas, reprodução...). O Sol é a fonte de energia essencial para toda a vida na Terra. Um dos objetivos da Bioquímica é entender, em termos quantitativos e qualitativos, as maneiras pelas quais a energia é extraída, canalizada e consumida pelas células. Fundamentos Físicos O fluxo de organismos elétrons fornece energia para os Luz solar Organismos fotossintetizantes Organismos nãofotossintetizantes CO2 + H2O C6H12O6 + O2 (Processo Químico de Redução) C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O + energia (Processo Químico de Oxidação) Fundamentos Físicos Qual é o critério para a espontaneidade das Reações Bioquímicas? Energia livre (G), ∆G ∆G < 0 (processo exergônico) ∆G = 0 (equilíbrio) ∆G > 0 (processo endergônico) Reações de acoplamento Fundamentos Genéticos “Talvez a mais admirável propriedade das células e organismos vivos seja a sua capacidade de se auto-reproduzir por incontáveis gerações com fidelidade quase perfeita”. Polímero linear de desoxirribonucleotídeos unidos de maneira covalente Fundamentos Genéticos O desoxirribonucleotídeo é a unidade monomérica que constitui a molécula de DNA. Fundamentos Genéticos Quatro subunidades monoméricas de desoxirribonucleotídeos diferentes (A, T, C e G) , arranjam-se em uma sequência linear precisa, o DNA. Fundamentos Genéticos A sequência linear do DNA codifica proteínas com estruturas tridimensionais. Como? Síntese Proteica Fundamentos Evolucionários • Como a Terra , assim como o Universo do qual ela faz parte começaram a existir? Teoria Cosmológica – Big bang Fundamentos Evolucionários Evolução Química – A História da Vida na Terra Representação das condições da atmosfera primitiva da Terra Acúmulo de moléculas orgânicas, como formaldeído (HCHO), ácido cianídrico (HCN) e aminoácidos. Experimento de Miller-Urey Fundamentos Evolucionários Evolução Química – A História da Vida na Terra Diversidade de argumentos sobre a origem da vida Teoria da dupla origem baseada no RNA (+ recente) Catálise Sistema de codificação Vida Fundamentos Evolucionários Evolução Química – A História da Vida na Terra Teoria da dupla origem (surgimento a partir da argila) 1º surgiu a codificação, mas o material necessário para tal estava na argila natural. Em algum momento...o surgimento do RNA forneceu um sistema de codificação mais eficiente do que argila, e as células baseadas em RNA substituíram àquelas baseadas na argila. OBS: Nenhuma teoria sobre a origem da vida foi estabelecida como definitiva, nem desmentida definitivamente. Improvável que um dia saibamos com certeza como a vida se originou na Terra. Universidade Federal de Sergipe Departamento de Fisiologia BIOQUÍMICA Professor: Mestre Antônio Santos Dias
