O documento descreve os principais conceitos da bioquímica, incluindo biomoléculas, elementos químicos, tabela periódica, átomos, ligações químicas, isômeros e grupos funcionais. Aborda os elementos mais comuns nos organismos vivos como carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio e suas propriedades para formar ligações estáveis.

1. BioQuímica Química da Vida A Bioquímica é o estudo dos constituintes da matéria viva (BIOMOLÉCULAS), das suas reacções e relação com o meio envolvente (biosfera).

2. Biomoléculas “ Tijolos” para a construção de organismos vivos. Organismos vivos são constituídos por CÉLULAS. CÉLULAS são formadas por ELEMENTOS QUÍMICOS.

3. Elementos químicos Tabela Periódica

4. Elementos químicos Tabela Periódica (cont.) Dmitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907) foi um químico russo ao qual é atribuída a criação da primeira versão da tabela periódica. Durante a escrita da sua obra “Princípios da Química” e ao tentar agrupar os elementos de acordo com as suas propriedades químicas encontrou características comuns. Agrupou os elementos no que chamou de Tabela Periódica (com 66 elementos).

5. Elementos químicos Tabela Periódica (cont.) Actualmente a Tabela Periódica inclui 117 elementos (94 naturais e 23 de síntese em laboratórios). Este número está ainda em aberto. A tabela está organizada por grupos (na vertical) e períodos (na horizontal).

6. Elementos químicos Os elementos químicos que constituem as células, unidades base de todos os organismos vivos, são 24 e estão presentes em maior ou menor percentagem. Os elementos mais abundantes nas células são o carbono (C), hidrogénio (H), azoto (N), oxigénio (O), fósforo (P) e enxofre (S) – CHNOPS. Hidrogénio, oxigénio carbono e azoto constituem mais de 99% dos átomos no corpo humano.

7. Elementos químicos (cont.) Composição comparativa da crosta terrestre, da água do mar e do corpo humano

8. Elementos químicos (cont.) O que faz com que H, O, C e N sejam tão abundantes nos organismos vivos é a sua capacidade para formar LIGAÇÕES COVALENTES , isto é, ligações em que os átomos partilham electrões. Estes elementos são os mais leves capazes de formar tais ligações – ligação mais forte.

9. Elementos químicos/Átomos Revisão de conceitos Número atómico – nº de protões (partículas de carga +) presentes no núcleo. Número de massa – soma do nº de protões e do nº de neutrões (partículas de carga neutra, contribuem para massa do átomo). Neutrões e protões são partículas nucleares. Os electrões (carga -) distribuem-se por níveis de energia em torno do núcleo. Num átomo o seu nº é igual aos nº de protões. Num ião este nº é diferente (resulta numa carga global + ou -).

10. Elementos químicos/Átomos Revisão de conceitos (cont.) Electrões de valência – são os electrões do camada mais externa do átomo (mais energéticos). Destes, são os electrões “não emparelhados” as partículas responsáveis pelas propriedades evidenciadas pelos elementos (ligações químicas, reacções).

11. As moléculas da vida Biomoléculas Todas as biomoléculas contêm carbono. Isto deve-se à grande versatilidade deste elemento para formar ligações covalentes muito estáveis com diversos tipos de geometria. C pode formar até 4 ligações graças aos seus 4 electrões de valência não emparelhados. As associações mais comuns são com o H, O e N.

12. As moléculas da vida Biomoléculas (cont.) Tetraédrica Trigonal Linear

13. As moléculas da vida Biomoléculas (cont.)

14. As moléculas da vida Biomoléculas (cont.) Alguns vídeos que ilustram a versatilidade do átomo de carbono para formar diferentes moléculas e a sua importância para a vida: Carbono Alcalóides Esteróides Esteróides sintéticos Cortisona

15. As moléculas da vida Biomoléculas (cont.) O hidrogénio, com apenas um electrão de valência, apenas pode formar ligações simples. C, N e P podem formar ligações triplas. O oxigénio pode participar na formação de ligações duplas.

16. As moléculas da vida Biomoléculas (cont.)

17. As moléculas da vida Biomoléculas (cont.)

18. Isómeros Isómeros são compostos químicos com os mesmos átomos em iguais quantidades (têm, por isso, a mesma fórmula), mas cuja disposição espacial difere.

19. Isómeros (cont.)

20. Isómeros (cont.) Vamos considerar 3 tipos de isómeros: 1. Estruturais 2. Enantiómeros ou isómeros ópticos (estereoisómeros) 3. Geométricos (é também um tipo de esteroisomerismo)

21. Isómeros (cont.) Estruturais – Compostos em que o posicionamento de grupos de átomos difere

22. Isómeros (cont.) Enantiómeros ou isómeros ópticos Os átomos apresentam um arranjo espacial tal que as estruturas são imagem uma da outra num espelho, não podendo por isso ser sobrepostas sem que as ligações sejam destruídas (ver figuras)

23. Isómeros (cont.) Enantiómeros Enantiómeros Não enantiómeros

24. Isómeros (cont.) Geométricos – A sua ocorrência está associada á existência de uma ligação dupla, o que implica um constrangimento na rotação da estrutura, e à disposição dos átomos em torno dessa ligação. Se a ligação for apenas uma ligação simples esta pode rodar livremente (ver figuras)

25. Isómeros (cont.) Geométricos

26. Ligação química Energia de ligação Dois átomos estabelecem uma ligação química quando, ao aproximarem-se, a sua energia baixa, favorecendo assim o processo de ligação. Esse diferencial energético é o que se denomina ENERGIA DE LIGAÇÃO . É essa a quantidade de energia (sob a forma de radiação electromagnética, por exemplo) necessária para quebrar a ligação estabelecida.

27. Ligação química Energia de ligação (cont.) Cloreto de sódio – Lig. iónica En. de ligação

28. Ligação química Energia de ligação (cont.) Molec. de hidrogénio (H 2 – Lig. covalente En. de ligação

29. Ligação química Energia de ligação (cont.) A energia da radiação electromagnética é dada pela expressão E=h.  Em que E – energia h – constante de Planck (6,6x10 -34 Js)  frequência (Hz)

30. Ligação química Energia de ligação (cont.) Como  c/  Em que  frequência (Hz) c – velocidade da luz (3x10 8 m/s)  – comprimento de onda (m) Vem então E = h.(c/ 

31. Ligação química Energia de ligação (cont.) Assim a energia da radiação: - Aumenta quando aumenta a frequência - Diminui quando aumenta o compr. de onda Há diversas gamas de radiação com diferentes comprimentos de onda (radiação vísivel, ultravioleta, raios-X,…)

32. Ligação química Energia de ligação (cont.) Se a energia da radiação não for suficiente para causar a quebra da ligação química, pode, ainda assim, causar a vibração térmica das ligações (lateralmente e em extensão) e rotação. Exemplo deste fenómeno é a utilização de um forno microondas que, fazendo vibrar as moléculas de água contidas no alimento, promove o seu aquecimento.

33. Ligação química Energia de ligação (cont.) Animações de movimentos intramoleculares

34. Grupos funcionais Um grupo funcional é um átomo ou conjunto de átomos que define a estrutura de uma dada família de compostos químicos. Este grupo funcional é responsável pelas propriedades químicas evidenciadas por essa família.

35. Grupos funcionais (cont.) Grupos funcionais – exemplos - carbonilo (aldeídos, cetonas) - Carboxilo (ácidos carboxilicos) - Hidroxilo (álcoois) - Fenil (derivados do benzeno) - Aminas e amidas e iminas (ligações C-N) Etc….. Tabela de grupos funcionais

36. Grupos funcionais (cont.) Em meio aquoso são favorecidos processos de ionização conforme o pH do meio Exº. pH ácido (excesso de iões H + ) pH básico ou alcalino (excesso de iões OH - )