Este documento discute os principais componentes e estruturas celulares, como membrana, citoplasma e núcleo. Também aborda como as células obtêm energia, os fundamentos químicos e físicos da vida, incluindo carbono, proteínas, DNA e a transformação de energia. Por fim, explica brevemente a origem da vida e os fundamentos evolutivos.

1. +
Bioquímica - Universidade Católica de Brasília
Origem da vida e componentes da célula
Prof. Dr. Gabriel da Rocha Fernandes
Universidade Católica de Brasília
gabrielf@ucb.br - fernandes.gabriel@gmail.com

2. + 2
O que devo saber ao fim desta
aula?
n Componentes das células.
n Como é formada uma membrana.
n Formas de obtenção de energia.
n Principais componentes químicos da células.
n Versatilidade do carbono.
n Importância da estrutura tridimensional de uma proteína.

3. + 3
Origem do universo
n Cerca de 15 bilhões de anos.
n Formaram-se hidrogênio e hélio.
n Explosão
de estrelas liberou energia para a fusão de núcleos
atômicos em elementos mais complexos.
n Cerca de 4 bilhões de anos surgiu a vida.
n Extraiam energia de compostos químicos.
n Usavam energia solar para produzir biomoléculas complexas a
partir de elementos simples.
n Milhares de biomoléculas constituem os organismos vivos.
n Bioquímica: moléculas inanimadas => organismo vivo.

4. + 4
Organismos vivos
n Complexidade química e organização microscópica:
n Estruturas
celulares, polímeros, sequência de subunidades, estrutura
tridimensional, especificidade na interação...
n Extração, transformação e utilização da energia:
n Permite construir e manter estruturas, e realizar todos os trabalhos.
n Funções
definidas para cada componente, e interações
reguladas:
n Dinamismo, mudanças geram respostas coordenadas ou
compensatórias.

5. + 5
Organismos vivos
n Sensibilidade e resposta ao ambiente:
n Adaptação química, ou localização das moléculas. Receptores.
n Autorreplicação e automontagem:
n Multiplicação de uma bacteria isolada. Descendentes são cópias fiéis
da original.
n Alteração ao longo do tempo por evolução:
n Mínimas mudanças que permitem sobreviver em ambientes novos =>
diversidade.

6. + 6
Fundamentos celulares
n Célula é a unidade estrutural e funcional.

7. + 7
Membrana Plasmática
n Separa o conteúdo do ambiente.
n Moléculas de lipídeos e proteínas.
n Barreira seletiva para a passagem de compostos e íons.
n Proteínas de transporte - íons e moléculas.
n Proteínas receptoras - transmitem sinais para o interior.
n Enzimas de membrana - participam de reações.

8. + 8
Membrana Plasmática

9. + 9
Citoplasma
n Citoplasma - volume interno.
n Citosol - solução aquosa.
n Enzimas e RNA.
n Aminoácidos e nucleotídeos.
n Pequenas moléculas orgânicas (metabólitos).
n Estruturas macromoleculares (ribossomos, proteassomos...)

10. + 10
Núcleo/Nucleóide
n Armazenamento e replicação do genoma.
n Nucleóide
- Em bactérias e arquibactérias não é separado do
citoplasma por membrana (procariotos).
n Núcleo- Em eucariotos, material nuclear é separado do
citoplasma por uma membrana dupla.

11. + 11
Dominios da vida
n 3 grandes domínios.
n Basesgenéticas e bioquímicas definem 2 deles: Archaea e
Bacteria.
n Os Eucariotos formam o terceiro grande domínio.

12. + 12
Habitat dos procariotos
n Aeróbico - Suprimento de oxigênio.
n Transferência de eletrons para o oxigênio.
n Anaeróbio - Desprovido de oxigênio.
n Transferência de eletrons para o nitrato, sulfato ou gás carbônico.
n Anaeróbios podem ser obrigatórios ou facultativos.

13. + 13
Habitat dos procariotos

14. + 14
Como obter energia?
n Fototróficos - luz solar.
n Quimiotróficos - combustível químico.
n Litotróficos
- combustíveis inorgânicos. HS- a S0, S0 a SO4-, NO2- a NO3-,
ou Fe2+ a Fe3+.
n Organotróficos - combustíveis orgânicos.
n Obtém o carbono através do CO2 - autotróficos.
n Requer nutrientes orgânicos - heterotróficos.

15. + 15
Citoesqueleto
n Filamentos protéicos que atravessam a célula em várias
direções.
n Actina, microtúbulos e filamentos intermediários.
n Conferem estrutura e organização.
n Movimentam organelas e a célula em si.

16. + 16
Estruturas supramoleculares

17. + 17
Estruturas supramoleculares

18. + 18
Fundamentos químicos
n Mundo vivo diferente do mundo inanimado.
n Compostos ricos em carbono, oxigênio, nitrogênio e fósforo.
n Similaridade química entre todos os seres vivos.
n Glicólise
tem as mesmas enzimas e mesmos intermediários em
levedura e humano.
n Jacques
Monod - “O que vale para E. coli também vale para um
elefante”.
n Hidrogênio, Oxigênio, Nitrogênio e Carbono - 99% da célula.

19. + 19
Fundamentos químicos

20. + 20
Carbono
n Versatilidade do carbono em formar ligações.

21. + 21
Grupos funcionais

22. + 22
As moléculas
n Aminoácidos, nucleotídeos, açucares e seus derivados
fosforilados...
n Ocorrem em todas as células vivas - conservação evolutiva.
n Existem
biomoléculas específicas, metabólitos secundários -
morfina, nicotina, cafeína...
n Metaboloma - conjunto das moléculas em uma célula.

23. + 23
Macromoléculas
n Proteínas, ácidos
nucleicos e polissacarídeos - macromoléculas
feitas de monômeros.
n A
síntese de macromoléculas é a atividade que mais consome
energia nas células.
n Processamentos
adicionais formam complexos
supramoleculares - ribossomo.

24. + 24
Proteínas e Ácidos Nucleicos
n Polímeros de aminoácidos.
n Maior fração da célula.
n Atividade catalítica, estrutural, receptores, transportadores.
n Conjunto
das proteínas em funcionamento em uma célula -
proteoma.
n DNA e RNA.
n Armazenam e transmitem informação genética.
n RNA
- função estrutural e catalítica em complexos
supramoleculares.
n RNA - regulação da função celular.

25. + 25
Polissacarídeos e lipídeos
n Polissacarídeos - Polímeros de açúcares simples como glicose.
n Reservatório
de combustível, componente estrutural rígido,
elementos de reconhecimento extracelular.
n Lipídeos
- componentes de membranas, depósito de
combustíveis, pigmentos, sinais intracelulares.

26. + 26
Estrutura tridimensional
n Estereoisômeros - mesmas ligações químicas, diferentes
configurações.
n Interações entre biomoléculas são estereoespecíficas.
n Configuração dada por:
n ligações dupla (incapacidade de rotação)
n centros quirais (centro em que há arranjos em orientações específicas)

27. + 27
Estrutura tridimensional
n Centro quiral - carbono com quatro substintuintes diferentes.
n Enantiômeros - imagens especulares.
n Diastereoisômeros - não são imagens.

28. + 28
Conformação molecular
n Influencia no encaixe das moleculas.
n Estrutura dimensional:
n reagente com enzima
n hormônio com receptor
n antígeno com anticorpo
n Estereoespecificidade - capacidade de distinguir entre
estereoisômeros.
n Luva esquerda não encaixa na mão direita.

29. + 29
Fundamentos físicos
n Células precisam de energia.
n Mecanismos eficientes para aproveitar a energia.
n Organismos existem em um estado estacionário, não em
equilíbrio com o meio em que vivem.
n Moléculas dinâmicas - sintese e degradação constantes.
n Equilíbrio
para manter uma concentração constante. Ex:
sintese e degradação de hemoglobina.

30. + 30
Transformação de energia e
matéria
n Sistema - reagentes, produtos, solventes e atmosfera.
n Sistema + meio = Universo
n Sistema isolado - não troca energia nem matéria com o meio.
n Sistema fechado - troca energia, mas não matéria.
n Sistema aberto - troca energia e matéria.
n Organismo vivo é um sistema aberto.
n consomem combustíveis químicos do meio
n absorvem energia da luz solar

31. + 31
Fluxo de eletrons
n Hidrólise
promovida pela luz libera eletrons para a
redução d CO2.
n Oxidaçãode produtos ricos em energia passam
eletrons adquiridos ao O2 e formam água.
n Reações de oxi-redução.

32. + 32
Entropia
n Aminoácidos não vão se condensar espontaneamente e formar proteínas.
n ∆G = variação da energia livre.
n Se ∆G é negativo - espontâneo.
n Reações endergônicas (consomem energia) - síntese de proteínas e DNA.
n Reações exergônicas (liberam energia).
n Fonte de energia livre - hidrólise da ligação fosfoanidro (ATP).

33. + 33
As enzimas e a energia
n Enzimas catalizam reações.
n Permite que aconteçam em velocidades apropriadas.
n Estabilizam o estado de transição, reduzindo a energia de
ativação.

34. + 34
Fundamentos genéticos
n DNA é um polímero orgânico.
n Em
E. coli é uma única molécula contendo 4,64 milhões de
pares de nucleotídeos.
n Humanos
- uma molécula de DNA para cada um dos 23
cromossomos.
n Dupla hélice.
n Uma
fita serve de molde para a outra na hora da síntese de
uma nova molécula.
n Informação
é assegurada pela informação da fita oposta (atua
como molde para reparar o dano).

35. + 35
DNA => Proteína com estrutura
tridimensional

36. + 36
Fundamentos evolutivos
n Mutações ocasionais geram diversidade.
n Diversidade é repertório adaptativo.
n Teoria da endossimbiose.
n Especialização celular.
n Conhecimento
do genoma leva ao conhecimento filogenético e
do funcionamento do organismo.