Apontamentos de introducao a bioquimica

1. 03-03-2016
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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA BIOQUÍMICA:
Componentes químicos do organismo
humano,
princípios da estrutura molecular
e
principais biomoléculas
Graça Salomé
maunda5@yahoo.com
OBJECTIVOS EDUCACIONAIS
 Listar os componentes químicos do corpo humano
 Listar os elementos mais abundantes no organismo e
nas biomoléculas.
 Explicar porque é que o O, N, C, H, P e S são os
elementos mais abundantes nas biomoléculas
 Listar os tipos de ligações e ou interacções químicas
 Explicar a importância das ligações e ou interacções
químicas para o funcionamento das biomoléculas
 Definir grupo funcional
 Nomear pelo menos cinco tipos de grupos funcionais
dando exemplo de moléculas que possuem esses
grupos.
 Identificar grupos funcionais nas biomoléculas
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Objectivos educacionais
 Listar os principais tipos de biomoléculas dos seres
humanos dando exemplos para cada tipo.
 Mencionar a composição de cada classe de
biomoléculas.
 Nomear e exemplificar os tipos de reacções básicas que
podem ocorrer nas células.
 Dar exemplos para cada tipo de reacção básica que
ocorrem nas células.
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INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA
BIOQUÍMICA
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Ciência
Reacções químicas
Seres vivos
É o estudo das
bases moleculares
da vida.
INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA
Ciência moderna cujos conhecimentos já são usados há
mais de 5000 anos:
 Antiguidade
◦ Processos bioquímicos usados para:
 Extracção de remédios em planta, o fabrico da
cerveja e do pão
 Idade contemporânea
◦ Bioquímica moderna
 Desde a descoberta da amilase (Diástase -1833)
houve vários avanços nas ciências da vida
 MEDICINA 5
INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA
 Interrelação da Bioquímica e Medicina
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Exemplos de uso de Bioquímica na Medicina
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INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA
Quando e como surgiram os seres vivos?
Terra ~ 4600 milhões de anos
Vida ~ 3500 milhões de anos em três fases:
1. Evolução química – moléculas simples na terra
reagiram para formar moléculas orgânicas complexas.
2. Auto-organização dos polímeros formando entidades
que se replicavam.
3. Evolução biológica – formação dos tecidos
complexos que se encontram nos seres modernos e
complexos.
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INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA
Composição química do corpo humano
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Substância
Quantidade
(%)
Água 60
Proteínas 16
Lípidos 16
Sais inorgânicos 6,3
Carbohidratos 1,5
Ácidos nucléicos 0,2
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• Seres vivos = milhares de moléculas quimicamente
diferentes com estruturas bem definidas.
Elementos presentes nas biomoléculas
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
Polissacárido
 O, C e H – sempre presentes são.
 N – presente em muitas.
 S e P – presente em algumas.
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Outros elementos menos abundantes mas essenciais
aos seres vivos:
• Ca, Cl, Mg, K, Na – presentes em todos os seres
vivos em grande quantidade.
• Co, Cu, Fe, Mn, Zn – presentes em pequenas
quantidades mas essenciais.
• F, I, Se – presentes em pequeníssimas quantidades e
não em todos os seres vivos, mas essenciais.
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR

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Porquê o carbono, o oxigénio, o hidrogénio, nitrogénio,
enxofre e fósforo são os elementos mais abundantes nas
biomoleculas?
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
•Reactividade dos átomos:
• Capacidade de partilhar electrões.
• Ligações químicas estáveis
Nas biomoléculas, estes elementos encontram-se unidos
por meio de ligações covalentes.
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Número
de
ligações
formadas
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Ligação química
Força que mantêm os átomos unidos.
Tipos de ligações químicas:
1. Ligações covalentes – fortes. Requerem muita
energia para a sua quebra
2. Interacções não covalentes – fracas. Requerem pouca
energia para sua quebra
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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1. Ligações covalentes
São formadas pela partilha de electrões dos átomos
que participam nelas.
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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2. Interacções não covalentes
Ocorrem entre as biomoléculas ou entre elas e iões
inorgânicos.
São importantes porque determinam as propriedades
biológicas das biomoléculas.
 Configuração tridimensional vs Função das
proteínas
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR

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a) Pontes de hidrogénio
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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b) Interacções electrostáticas ou iónicas (salinas) -
ocorrem entre iões com cargas opostas.
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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b) Interacções electrostáticas ou iónicas
• Interacções ião-dipolo que ocorre entre um ião e
uma molécula polarizada
H
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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c) Interações hidrofóbicas - ocorrem entre moléculas
hidrofóbicas em soluções aquosas. Permitem que
moléculas apolares se associem num grupo coeso
dentro da água.
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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d) Forças de Van der Waals - determinam o quão
próximas estarão as moléculas. É resultado de
duas forças de sinal contrário, as repulsivas e as
atractivas.
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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A estrutura primaria das biomoléculas é formada pelas
ligações covalentes que ocorrem entre os átomos dos
elementos que as constituem.
Existem biomoléculas diversas que se distinguem
dentre outras formas, pelos grupos funcionais.
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR

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Grupos funcionais
• Grupo de átomos que caracterizam química, física e
funcionalmente um grupo de biomoléculas.
• Os átomos das biomoléculas arranjam-se em
grupos funcionais em número limitado.
• Estes grupos podem se condensar e dar origem a
outros grupos funcionais.
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
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PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
Grupos funcionais básicos
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Grupos funcionais resultantes da condensação de
grupos básicos
PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
Conformação versus configuração
 Conformação – refere-se a disposição espacial dos
átomos numa parte da molécula em relação a outra. A
mudança na conformação envolve rotação a volta de
ligações simples. Não há quebra nem formação de novas
ligações covalentes
 Configuração – refere-se ao arranjo espacial fixo dos
substituintes a volta de um átomo. A mudança na
configuração requer quebra e formação de ligações
covalentes. Não há liberdade na rotação (presença de
dupla ligação ou de carbonos assimétricos
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PRINCÍPIOS DA ESTRUTURA MOLECULAR
BIOMOLÉCULAS
 São compostos químicos que os seres vivos podem
sintetizar ou produzir.
 Nem todos os seres vivos são capazes de sintetizar
todas as biomoléculas.
◦ As vitaminas não são biomoléculas para os seres
humanos
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As células vivas
constroem
macromoléculas a
partir de blocos
construtores
pequenos.
BIOMOLÉCULAS

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As ligações entre os blocos construtores são
covalentes, formadas por pelo menos dois grupos
funcionais, e é acompanhada pela libertação de água.
Glucose + Galactose Lactose + Água
A quebra dessas ligações pode ser feita por adição de
água.
BIOMOLÉCULAS BIOMOLÉCULAS
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As principais biomoléculas dos seres humanos são:
Água, Proteínas, Lípidos, Glícidos e Ácidos nucléicos
BIOMOLÉCULAS
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Estrutura - Muitas biomoléculas são polímeros.
A formação de polímeros permite que haja uma grande
diversidade estrutural que depende:
• Uso de mais de um tipo de monómero (diferenças
dadas pela presença de carbonos assimétricos,
diferentes grupos funcionais, etc);
• Sequência ou ordem dos monómeros;
• Possibilidade de ramificação;
• Longitude da cadeia,
BIOMOLÉCULAS
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BIOMOLÉCULAS - GLÍCIDOS
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1 - Glícidos
São polihdidroxialdeídos ou polihidroxicetonas (ou
compostos derivados) constituídos por C, H, O. Podendo
ter P, S e N.
São também denominados de sacáridos
Maior parte ocorre na forma de polímeros: Glicogénio,
celulose, pectina, glicosamonoglicanas
BIOMOLÉCULAS - LÍPIDOS
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2 - Lípidos
Substâncias fortemente hidrofóbicas.
Constituídos por C, H, O. Podem ter P e N.
Possuem uma enorme diversidade na estrutura química

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BIOMOLÉCULAS - PROTEÍNAS
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3 - Proteínas
Polímeros de L-aminoácidos
Constituídos por C, H, O e N. Alguns tem S.
Aminoácidos – São 20 os que ocorrem nas proteínas
humanas.
Péptidos: > 2 aminoácidos
• Oligopéptidos: 2-10 resíduos
• Polipéptidos: >10 resíduos
• Proteínas: >100 resíduos
BIOMOLÉCULAS – ÁCIDOS NUCLÉICOS
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4 - Ácidos nucléicos
Polímeros de nucleótidos
• Constituídos por C, H, O, N e P
• Tipos: ADN (DNA) e ARN (RNA).
Nucleótidos – formados por um açúcar pentose, um, dois
ou três grupos fosfato e uma base nitrogenada purina ou
pirimidina.
BIOMOLÉCULAS – ÁCIDOS NUCLÉICOS
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Ácidos nucléicos
são polímeros de
nucleótidos unidos por
ligação fosfodiéster.
PAPEL DAS BIOMOLÉCULAS
 Estrutural
 Funcional: hormonas, transportadores, sinalizadores,
combustíveis, isolantes, armazenamento de informação
genética, catalizadores,etc
Muitas das funções para serem exercidas requerem que as
biomoléculas participem de reacções químicas como
substratos, produtos, catalizadores ou reguladores.
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BIOMOLÉCULAS - REACÇÕES
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Tipos básicos de reacções químicas que ocorrem nas
células envolvendo biomoléculas:
• Oxido-redução.
• Clivagem de formação da ligação dupla por adição ou
remoção de grupos.
• Rearranjos internos.
• Transferência de grupos.
• Condensação
• Reacções de hidrólise
BIOMOLÉCULAS - REACÇÕES
1. Oxido-redução: Requerem participação de pelo menos dois
substratos (um que sofre oxidação e outro que sofre redução)
com formação de pelo menos dois produtos
Uma molécula orgânica se torna
oxidada quando ganha oxigénio
ou perde hidrogénio. Torna –se reduzida
Quando perde oxigénio ou ganha hidrogénio
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Estados de oxidação
do carbono

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BIOMOLÉCULAS - REACÇÕES
2. Clivagem ou formação de ligação dupla entre
carbonos por adição ou remoção de grupos.
Pode acontecer clivagem de ligação simples (C-C, C-N) com
formação de ligação dupla entre carbono e oxigénio
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BIOMOLÉCULAS - REACÇÕES
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3. Rearranjos internos: Ocorre transferência de grupos
dentro da mesma molécula. Há apenas um substrato e um
produto
BIOMOLÉCULAS - REACÇÕES
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4. Transferência de grupos entre moléculas: Há duas
moléculas a reagir onde uma perde um grupo que é depois
ganho pela outra
BIOMOLÉCULAS - REACÇÕES
5. Condensação: ocorre formação de ligação covalente entre
dois ou mais substratos por reacção de grupos funcionais
com formação de água na maior parte dos casos
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BIOMOLÉCULAS - REACÇÕES
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6. Reacções de hidrólise: envolve a quebra de
ligações simples (geralmente resultante de
reacção de condensação) com participação de
água e consequente formação de dois ou mais
produtos
BIBLIOGRAFIA
 A. Lehninger - LEHNINGER: Principles of
Biochemistry. 4th Edition – FREEMAN. 2005.
 R. K. Murray; D.K.Granner; P.A.Mayes; V. W. Rodwell
- Harper’s Biochemistry – 28th Edition – McGrow-Hill.
2009.
 G. Meisenberg; W. Simmons – Principles of Medical
Biochemistry – Mosby. 1998.
 L. Stryer – Biochemistry – 4th Edition – Freeman.
Seventh print: 1999.
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