aula introdutória

1. Componente Curricular: Bioquímica
Ementa: Equilíbrio ácido-base e sistemas tamponantes; Principais classes de biomoléculas:
carboidratos, lipídios, aminoácidos, proteínas; Enzimas: mecanismo, cinética, inibição e regulação;
Bioenergética e visão geral do metabolismo; Metabolismo de carboidratos; Transporte de elétrons e
fosforilação oxidativa; Fotossíntese e fotofosforilação; Biossinalização e regulação hormonal.
Competências: Adquirir a competência para o preparo de soluções-tampão a partir de substâncias
químicas disponíveis em laboratórios; Reconhecer os principais sistemas tamponantes naturais e
sua relação com as biomoléculas; Reconhecer a relação entre a estrutura molecular e a respectiva
caraterística bioquímica de um dado grupo de biomoléculas; Identificar os mecanismos de ação
enzimática e de regulação; Compreender a relação existente entre a Segunda Lei da
Termodinâmica e as reações bioquímicas que proporcionam a manifestação do fenômeno da vida;
Compreender a importância do transporte de elétrons e a natureza da energia química proveniente
desse transporte; Identificar as principais vias de Biossinalização e de regulação hormonal.
Habilidades: Relacionar a estrutura molecular com a função bioquímica de um determinado grupo
de biomoléculas; Compreender a relação entre os aspectos energéticos das reações bioquímicas e
as condições necessárias para a manifestação do fenômeno da vida.

2. 1 Os fundamentos
da Bioquímica
© 2021 Macmillan
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3. A Vida surgiu na Terra há
aproximadamente 4 bilhões de anos.
• Microorganismos simples:
– Extraíam energia a partir de compostos químicos e luz
solar;
– Usavam a energia para construir biomoléculas a partir
de elementos simples e compostos da superfície
terrestre.

4. Princípio 1(1 de 5)
Células são as unidades fundamentais da
vida. Embora variem em complexidade e
possam ser altamente especializados em seu
ambiente ou função dentro de um organismo
multicelular, eles compartilham semelhanças
notáveis.

5. Princípio 2(2 de 5)
As células usam um conjunto relativamente
pequeno de metabólitos baseados em
carbono para criar máquinas poliméricas,
estruturas supramoleculares e repositórios
de informações.

6. Princípio 3(3 de 5)
Os organismos vivos existem em um
estado estacionário dinâmico, nunca em
equilíbrio com o ambiente.

7. Princípio 4(4 de 5)
As células têm a capacidade de auto-replicação e
auto-montagem precisas usando informações
químicas armazenadas no genoma.

8. Princípio 5(5 de 5)
Os organismos vivos mudam ao longo do
tempo por evolução gradual.

9. O que é a Bioquímica?
• bioquímica = descreve as estruturas, mecanismos e
processos químicos compartilhados por todos os
organismos.

10. 1.1 Fundamentos Celulares

11. As células são as unidades estruturais e
funcionais de todos os organismos vivos

12. Membrana Plasmática
• Membrana plasmática= define a periferia da célula.
 composta por moléculas lipídicas e protéicas;
 barreira hidrofóbica fina e flexível ao redor da célula;
 contém proteínas de transporte incorporadas, proteínas
receptoras e enzimas de membrana.

13. O citoplasma contém citosol e
partículas suspensas
• citoplasma = volume interno envolvido pela membrana
plasmática.
 composto de citosol (uma solução aquosa) e uma
variedade de partículas suspensas (como mitocôndrias,
cloroplastos, ribossomos e proteassomas).
• citosol = solução altamente concentrada.
 contém enzimas, RNA, aminoácidos, nucleotídeos,
metabólitos, coenzimas e íons inorgânicos.

14. O Nucleóide ou Núcleo de uma
Célula Armazena o Genoma
• genoma = conjunto completo de genes, composto de
DNA:
 bactérias e archaea (formalmente agrupadas como
procariontes) armazenam seu genoma em um nucleoide;
 Os eucariotos armazenam seu genoma em um núcleo
envolto por membrana.

15. Organismos pertencem a três
domínios distintos da vida
• Bactérias = habitam solos, águas superficiais e tecidos
de outros organismos vivos ou em decomposição;
• Archaea = habita ambientes extremos;
• Eukarya = todos os organismos eucarióticos.
- mais estreitamente relacionado com archaea do que com
bactérias.

16. Subgrupos de Archaea e Bacteria
são distinguidos por seus habitats
• aeróbico = oferta abundante de O2; organismos
transferem elétrons de combustível para O2 para energia;
• anaeróbico = desprovido de O2; organismos transferem
elétrons para nitrato, sulfato ou CO2 para energia:
 anaeróbios obrigatórios = morrem quando expostos ao O2
 anaeróbios facultativos = podem viver com ou sem O2

17. Organismos diferem amplamente em suas
fontes de energia e precursores
biossintéticos
• fototróficos = capturam e usam a luz solar;
• quimiotróficos = obtêm energia da oxidação de um
combustível químico;
• autotróficos = podem sintetizar todas as suas
biomoléculas diretamente do CO2;
• heterótrofos = requerem alguns nutrientes orgânicos
pré-formados produzidos por outros organismos;

19. Estrutura celular eucariótica

20. O citoplasma é organizado pelo
citoesqueleto e é altamente
dinâmico
• citoesqueleto = rede tridimensional de
filamentos de proteínas em células
eucarióticas
 Filamentos de actina
 microtúbulos
 filamentos intermediários
 os filamentos sofrem constante
desmontagem em suas subunidades
proteicas e remontagem em filamentos

21. Células Constroem Estruturas
Supramoleculares
Mantidos juntos
por interações não
covalentes (pontes
de hidrogênio,
interações iônicas,
interações de van
der Waals e o
efeito hidrofóbico).

22. Estudos in vitro podem negligenciar
interações importantes entre moléculas
• in vitro = “em vidro”
• in vivo = “em vivos”
• moléculas podem
se comportar de
maneira diferente
in vivo e in vitro.

23. 1.2 Fundamentos Químicos

24. Elementos Essenciais à Vida e
Saúde Animal

25. Biomoléculas são compostos de carbono
com uma variedade de grupos funcionais
O carbono pode formar ligações covalentes simples, duplas e triplas.

26. Geometria da Ligação de Carbono
• átomos de carbono têm um arranjo tetraédrico
característico de suas quatro ligações simples;
• rotação livre em torno de cada ligação simples;
• rotação limitada em torno do eixo de uma ligação dupla.

27. Grupos funcionais comuns de
biomoléculas

28. Grupos funcionais adicionais de
biomoléculas

29. Muitas biomoléculas são
polifuncionais

30. As macromoléculas são os
principais constituintes das células
• macromoléculas = polímeros com peso molecular
acima de ~5.000 que são montados a partir de
precursores relativamente simples:
• proteínas
• ácidos nucleicos
• polissacarídeos
• oligômeros = polímeros mais curtos
• macromoléculas informativas = nome de proteínas,
ácidos nucléicos e alguns oligossacarídeos, dadas suas
sequências de subunidades ricas em informações

31. Blocos de Construção da
Bioquímica

32. A estrutura tridimensional é descrita por
configuração e conformação
• configuração = o arranjo espacial fixo dos átomos
• estereoisômeros = moléculas com as mesmas
ligações químicas e mesma fórmula química
• estereoespecífico = requer conformações específicas
nas moléculas que interagem
 descreve interações típicas entre biomoléculas

33. Ilustrando estereoquímica

34. Configurações de isômeros
geométricos
Isômeros geométricos
ou isômeros cis-trans
= diferem no arranjo dos
grupos substituintes em
relação à ligação dupla.

35. Moléculas Quirais e Aquirais
• centros quirais = carbonos assimétricos
• uma molécula pode ter 2n estereoisômeros, onde n é o
número de carbonos quirais.

36. Enantiômeros e Diastereoisômeros
• enantiômeros = estereoisômeros que são imagens
espelhadas um do outro;
• diastereômeros = estereoisômeros que não são imagens
espelhadas um do outro.

37. Interações entre biomoléculas são
estereoespecíficas

38. Sistemas biológicos podem
distinguir estereoisômeros
• estereoespecificidade = a capacidade de distinguir entre
estereoisômeros.

39. 1.3 Fundamentos Físicos

40. Extraindo energia do ambiente
• fotoautotróficos:
• quimiotróficos:

41. Reações de Oxirredução
• autotróficos e heterótrofos participam de ciclos globais
de O2 e CO2, impulsionados pela luz solar, tornando
esses dois grupos interdependentes;
• reações de oxidação-redução = um reagente é
oxidado (perde elétrons) enquanto outro é reduzido
(ganha elétrons).
 descreve as reações envolvidas no fluxo de elétrons.

42. Criar e manter a ordem requer
trabalho e energia
• segunda lei da termodinâmica: a aleatoriedade no
universo está aumentando constantemente;
• entropia, S = representa a aleatoriedade ou desordem dos
componentes de um sistema químico.

43. Energia Livre, G
• entalpia, H = conteúdo de calor, refletindo
aproximadamente o número e os tipos de ligações
• energia livre, G, de um sistema fechado = H – TS,
onde H representa a entalpia, T representa a temperatura
absoluta e S representa a entropia

44. Mudança de Energia Livre, ∆G
• mudança de energia livre, ∆G = ∆H − T∆S
onde ∆H é negativo para uma reação que libera calor e ∆S
é positivo para uma reação que aumenta a aleatoriedade
do sistema
• reações espontâneas ocorrem quando ∆G é negativo;

45. Reações de Acoplamento
• reações que requerem
energia (endergônicas)
são frequentemente
acopladas a reações que
liberam energia livre
(exergônicas).
• a quebra das ligações
fosfoanidrido no ATP é
altamente exergônica

46. Reações de Links de Acoplamento
de Energia em Biologia
• mudança de energia livre,
∆G = quantidade de energia
disponível para fazer o
trabalho
- sempre menor que a
quantidade teórica de energia
liberada
• Em sistemas fechados, as
reações químicas ocorrem
espontaneamente até que o
equilíbrio seja alcançado.

47. Diagramas de Coordenadas de
Reação
• diagramas de coordenadas
de reação = ilustra como
reações exergônicas podem
ser acopladas a reações
endergônicas
• reação 1: endergônica; ∆G1 é
positivo
• reação 2: exergônica; ∆G2 é
negativo
• reação 3: ∆G3 é negativo

48. Enzimas promovem sequências de
reações químicas
• enzimas = aumentam muito as taxas de reação de
reações químicas específicas sem serem consumidas
no processo
• estado de transição = maior
energia livre do que reagente
ou produto
• energia de ativação, ∆G‡ =
diferença de energia entre o
reagente em seu estado
fundamental e seu estado de
transição

49. Catabolismo e Anabolismo
• caminhos = sequências de reações
consecutivas nas quais o produto de
uma reação torna-se o reagente na
próxima
• catabolismo = reações degradativas
que produzem energia livre
 impulsiona a síntese de ATP
 produz os transportadores de elétrons
reduzidos NAD(P)H
• anabolismo = vias sintéticas que
requerem a entrada de energia

50. O metabolismo é regulado para
alcançar equilíbrio e economia
• inibição por feedback = mantém a produção e a
utilização de cada intermediário metabólico em equilíbrio.
• biologia de sistemas = encarregado de entender
interações complexas entre intermediários e caminhos
em termos quantitativos

51. 1.4 Fundamentos da Genética

52. A informação genética está
codificada no DNA
• ácido desoxirribonucleico, DNA =
sequência das subunidades
monoméricas (desoxirribonucleotídeos).
 codificam as instruções para formar
todos os outros componentes celulares;
 fornecer um modelo para produzir
moléculas de DNA idênticas.

53. A continuidade genética é adquirida
em moléculas únicas de DNA
• O DNA de uma célula de E. coli é uma única molécula
contendo 4,64 milhões de pares de nucleotídeos.
 deve ser replicado perfeitamente para dar origem a
progênie idêntica por divisão celular

54. A estrutura do DNA permite sua replicação e
reparo com fidelidade quase perfeita
• desoxirribonucleotídeos =
subunidade monomérica que
compõe o polímero de DNA.
 cada desoxirribonucleotídeo em
uma fita pareia especificamente
com um desoxirribonucleotídeo
complementar na fita oposta.
 as fitas são mantidas juntas por
pontes de hidrogênio.

55. As biomoléculas surgiram primeiro por
evolução química