1) O documento discute os conceitos fundamentais de bioquímica, incluindo as características da vida, biomoléculas, e a importância da água para os sistemas vivos; 2) A água é essencial para a vida devido às suas propriedades únicas como solvente e sua habilidade de formar pontes de hidrogênio com biomoléculas; 3) As interações não-covalentes como pontes de hidrogênio, interações iônicas e hidrofóbicas são cruciais para as funções biol

1. BIOQUÍMICAVida+QuímicaO que é vida?É difícildefinir o que é “vida” maspodemosdistinguí-la dos abjetosinanimadosporalgumascaracterísticas 1)grau de complexidadequímica e organização; 2)osorganismosvivosextraem, transformam e usam a energiadisponível no meioambiente; 3)capacidade de auto-replicação e automontagem.

2. TudoficamuitosemelhanteemnívelcelularA vida é realmentemuitodistintaemnívelmacroscópico6000 tipos de compostosorgânicos3000 proteínas3000 moléculas de ácidosnucléicosA maioria dos constituintesmoleculares dos sistemasvivos é composta de poucosátomosC, H, O e N

3. Os organismosvivos, assimcomo a matériamorta, sãoformados de um conjunto de moléculainanimadas!MoléculasinanimadasA Bioquímicapossuiimportantesaplicaçõespráticasemmedicina, agricultura, nutrição e indústria!OrganismosvivosObjetivodaBioquímicaMostrarcomo as coleções de moléculasinanimadasinteragem entre si para manter e perpetuar a vidaanimada, exclusivamentepelas leis químicasquegovernam o universonão vivo

4. TrabalharemBIOQUÍMICAenvolve a caracterização das inúmerasmacromoléculasexistentesnosseresvivos!SubunidadesmonoméricasEntretanto a infinidade de macromoléculassãoformadasporpoucasunidadesmonoméricasPheThrAsnGluVAQOTyrGlyGlnLysMKGRIAspTMetValAlaHULPCATLeuHisSerIleJCysProTrpGATCATACAGTCTTGCGACTACGTMASSAGESAESSAGESMESSAGESAsnGluValLysMetIleHisProTrpTrpPalavrasDNAProteínas

5. As macromoléculas encontradas nos organismos vivos são conhecidas como BIOMOLÉCULAS.a) Aminoácidos - formam polímeros chamados PROTEÍNASb) Carboidratos - formam polímeros chamados POLISSACARÍDEOSc) Gorduras (LIPÍDEOS) - podem formar estruturas supra-moleculares (membranas)d) Bases nitrogenadas – formam polímeros chamados ÁCIDOS NUCLÉICOSe) Muitos outros compostos orgânicos - ácidos carboxílicos, etc...f) Compostos inorgânicos - CO2, NH3, O2,,ÁGUA, além de íons como Fe2+, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Cl-, etc.

6. a) As reações bioquímicas, chamadas vias metabólicas são praticamente as mesmas em todos os organismos vivosb) A informação hereditária é codificada quimicamente de modo idêntico em todos os organismos vivos

7. LIVROS-TEXTO EM BIOQUÍMICA1) A. L. Lehninger, D. L. Nelson, M. M. Cox, Princípios de Bioquímica2) D. Voet, J. G. Voet, Bioquímica3) T. M. Devlin, TextbookofBiochemistry4) A. Bracht, E. L. Ishii-Iwamoto, Métodos de Laboratório em Bioquímica

8. ÁGUA-A água é a substâciamaisabundantenossistemasvivos, perfazendo 70 % oumaisdamassadamaioria dos organismos.-A vidacomeçou no ambienteaquoso, portanto, a evoluçãofoimarcadapelaspropriedadesfisico-químicasdaágua.ouseja:As estruturas das moléculas nas quais a vida se baseia, proteínas, ácidos nucléicos, membranas lipídicas e carboidratos complexos, resultam diretamente de suas interações com o ambiente aquoso!

9. Interações fracas emSistemasAquososPonto de fusão, Ponto de ebulição e calor de vaporização de algunssolventesPonto de fusão ºCPonto de ebulição ºCCalor de vaporização (J/g)ÁguaA água tem ponto de fusão, ponto de ebulição e calor de vaporizaçãomaioresqueosdamaioria dos solventescomuns.Essapropriedade é consequência das atrações entre moléculas de águaadjacentesquedão à águalíquidaumagrandecoesãointerna!

10. A estruturadaáguaaproxima-se de um tetraedroperfeitoÂngulodaligação H – O – H 104,5ºÂnguloem um tetraedroperfeito 109,5º-O núcleo do Oxigênioatraielétronsmais forte do que o núcleo do Hidrogênio-Issogera um dipolo, no qual o oxigêniopossuicarganegativa 2δ- e o hidrogêniocargapositivaδ+-Assimexisteumaatração entre o oxigênio de umamolécula e o hidrogênio de outramolécula.Essainteração é chamadaPONTE DE HIDROGÊNIO!Ponte de hidrogênio0.177 nmLigaçãocovalente0.0965 nm

11. As pontes de hidrogêniosãomais fracas do que as ligaçõescovalentesEnergia de dissociação de ligação:- ligaçãocovalente 348 KJ/mol C-C - ponte de hidrogênio 20 KJ/molPonte de hidrogênio0.177 nmCuriosidadeEmbora, emtodoinstante, a maioria das moléculas de águaestejaligadapor pontes de hidrogênio, o tempo de vida de cadaponte de hidrogênio é menorque 1 x 10-9s.Ligaçãocovalente0.0965 nmTEORICAMENTE – umamolécula de águapodeformaraté 4 pontes de hidrogênioNA ÁGUA LÍQUIDA– umamolécula de água forma 3,4 pontes de hidrogênio, devidoaoconstantemovimentoNO GELO – umamolécula de água forma 4 pontes de hidrogênio com outrasmoléculas de água num arranjo regular

12. Arranjocristalino das moléculas de água no GELOA passagemdaágua do estadosólido para o líquidorequer a quebra de várias pontes de hidrogênio o quecontribui para o alto ponto de ebuliçãodaágua!O mesmoacontece com a passagemdaágua do estadolíquido para o gasoso, o quetambémjustifica o alto ponto de ebulição!H2O(s) H2O(l) ΔH = +5,9 KJ/molH2O(l) H2O(g) ΔH = +44 KJ/mol

13. Pontes de hidrogênio com solutospolares- As pontes de hidrogênionãosãorestritas à água!Regra para formação de pontes de hidrogênioEla é formada entre um átomoeletronegativo e um átomo de hidrogênioligadocovalentemente a outroátomoeletronegativo.Aceptor deHidrogênioDoador deHidrogênioLigaçõesC-Hnãoformam pontes de hidrogênio!

14. Issoexplicaporque o butanolCH3CH2CH2CH2OH tem um alto ponto de ebulição(117 ºC) enquanto o butanoCH3CH2CH2CH2CH3 tem um baixoponto de ebulição(-0,5 ºC)Ponto de fusão, Ponto de ebulição e calor de vaporização de algunssolventesPonto de fusão ºCPonto de ebulição ºCCalor de vaporização (J/g)Água

15. Algumas pontes de hidrogênio de importânciabiológicaEntre o grupohidroxila de um álcool e águaEntre o grupocarbonila de umacetona e águaEntre grupospeptídesempolipeptídeosEntre bases complementares do DNATiminaAdenina

16. As pontes de hidrogêniosãomais fortes quandoosátomosparticipantesestãoalinhadosPonte de hidrogênio fortePonte de hidrogêniofraca

17. A águacomosolvente

18. A água é um solvente polar!Algunsexemplos de biomoléculaspolares, nãopolares e anfipáticasPolarNão - PolarCeratípicaGlicoseAnfipáticaFenilalaninaGlicinaAspartatoFosfatidilcolinaLactatoGlicerolNão - PolarPolar

19. Porquê a água dissolve sais?Os íons de um salinteragem entre si de acordo com a lei de CoulombReflete o nº de dipolos de um solventeF = é a forçaiônica entre as cargas q1 e q2r = é a distância entre as cargasK = é umaconstante de proporcionalidade 8,99 x 10 9 J m C-2D = constantedielétrica

20. Constantedielétrica de algunssolventesQuantomaior a constantedielétricamenor a atração entre osdoisíons

21. Os solventes com altaconstantedielétricapodemsolvatar as moléculas do soluto!

22. Os gases não-polaressãopoucosolúveisemáguaSolubilidade de alguns gases naáguaSolubilidadeemágua g/LEstruturaGásPolaridadeNo sangue dos animaisexistemproteínascarregadoras para os gases O2 e CO2

23. Solubilidade das moléculasanfipáticasDispersão dos lipídiosemáguaCadamolécula de lipídioforça as moléculas de águacircunvizinhas a ficaraltamenteorganizadasGrupocabeçahidrofílicoAglomerados de moléculas de lipídiosSomente as porçõeslipídicas das bordasdaassociaçãoforçam a associaçãodaágua. Poucasmoléculas de águasãoorganizadas e a entropiaaumenta.Grupoalquilhidrofóbico“Aglomeradososcilantes” de moléculas de águanafaseaquosaMicelasTodososgruposhidrofóbicossãosequestradosdaágua. A conchaorganizada de moléculas de água é minimizada.Moléculas de águaaltamenteorganizadasformamgaiolasaoredor das cadeiasalquílicashidrofóbicasInteraçãohidrofóbica

24. Bicamada lipídicaMicela

25. A remoçãodaáguaorganizadafavorece a formação do complexoenzima-substratoÁguaorganizadainteragindo com o substrato e a enzimaAs pontes de hidrogênio entre as moléculas de água e ossolutospolarestambémprovocamalgumaorganização das moléculas de água!Assim, parte daenergia de ligação de um substrato polar à superfíciedaenzimaprovém do aumentodaentropia, à medidaque a enzimadesloca a águaorganizadaaoredor do substrato.Moléculas de águadeslocadaspelainteraçãoenzima-substratoInteraçãoenzima-substratoestabilizadapor pontes de hidrogênio, interaçõesiônicas e hidrofóbicas

26. Tipos de interaçãonão-covalente (fracas)Tabela 2-5 Quatrotipos de interaçõesnão-covalentes entre biomoléculasdissolvidasem um ambienteaquosoA ligação covalente é um tipo de ligação química entre átomos, caracterizada pelo compartilhamento de um ou mais pares de Elétrons entre átomos1) Ponte de HidrogênioEntre gruposneutrosEntre ligaçõespeptídicas2) InteraçãoiônicaAtraçãoRepulsão3) InteraçãohidrofóbicaQuaisquerdoisátomospróximos entre si4) Interação de van der Waals

27. Interação de van der WaalsDistância ótimaOcorre entre quaisquerdoisátomospróximos entre siQuandoosátomos se aproximam as suasnuvenseletrônicascomeçam a se repelir

28. Envoltório de van der WaalsRaio de van der Waals do O = 1.4 Å O—H covalente; distância de ligação= 0.958 ÅRaio de van der Waals do H = 1.2 ÅCadaátomo tem um raio de van der Waals

29. Raio de van der Waals de algunselementos

30. Os solutosafetam as propriedadescoligativasdaáguaPropriedadesColigativasPressão de vapor - Pressão de vapor é a pressão exercida por um vapor quando este está em equilíbrio dinâmico com o líquido que lhe deu origem, ou seja, a quantidade de líquido (solução) que evapora é a mesma que se condensa. Ponto de ebulição – passagem do estadolíquido para o estadogasosoPonto de fusão – passagem do estadosólido para o estadolíquidoPressãoosmótica- pressãogeradapelofluxoosmótico de águaatravés de umamembranasemipermeável para um compartimentoaquosocontendosoluto a umaconcentraçãomaior

31. Formação de cristal de geloEvaporaçãoNestasolução, a concetraçãoefetivadaágua é reduzida; apenastrês de quatromoléculasnasuperfície e no corpodasoluçãosãoágua e a tendência de a águalíquidaformar o cristalsãoreduzidasproporcionalmente.Emáguapura, cadamoléculanasuperfície é água e todaselascontribuem para a pressão de vapor. Cadamolécula no corpodasolução é água e podecontribuir para a formação de cristais de gelo.

32. Osmose e medidadapressãoosmóticaOsmose– movimentodaáguaatravés de umamembranasemipermeávelimpelidopordiferençanapressãoosmótica, é um importantefatornavidadamaioria das célulasA equação de van`t Hoff ajuda a medir a pressãoosmótica:Π = ic RTOnde:R = constante dos gasesT = temperaturaabsolutaI = concentração molar dasoluçãoC= medida do grau de dissociação do solutoÁguapuraSolventenão-permeantedissolvidonaáguaPistãoMembranasemipermeávelPara umasolução com váriossolutosΠ = RT (i1c1 + i2c2 + incn)

33. Comparação entre soluçõesSOLUÇÕES ISOTÔNICAS – possuem a mesmaosmolaridade. Rodeadaporumasoluçãoisotônicaumacélulanemganha e nemperdeáguaSOLUÇÕES HIPOTÔNICAS – quandoumacélula é rodeadaporumasoluçãohipotônicaelaentumece e eventualmente se rompeSOLUÇÕES HIPERTÔNICAS – quandoumacélula é rodeadaporumasoluçãohipertônicaelamurcha à medidaque a águaflui para a solução

34. O rompimento das célulasseriamumacatástrofe para a vida!Mecanismos de proteçãodesenvolvidosBactérias e plantas – paredecelular2)Protozoários – vacúolocontrátilquebombeiaágua para foradacélula3)Animaismulticelulares - meiointersticial é mantido com a mesmaosmolaridade do citoplasma

35. Respostaao toque nasplantas: um eventoosmóticoVênus-pega-moscaFechamentosúbitodafolha (0,5s) causadopelasaída de K+ e consequenteefluxodaáguaMimosa pudicaOs folículosdaplantasensitiva, em forma de pena, fecham-se e murcham, protegendo a planta contra danosestruturaiscausadospelovento

36. IONIZAÇÃO DA ÁGUAA água tem apenasumapequenatendência a ionizar-seH2O H+ + OH-2H2O H3O+ + OH-ÍonhidrônioÍonhidroxila

37. ÍonhidrôniodoandoprótonA ionizaçãodaáguapode ser medidapelacondutividadeelétricaSalto protônicoA águapuraconduzcorrenteelétrica a medidaque o H+migra para o cátodo e o OH- para o ânodoA mobilidade dos íons H+ e OH- emsoluçãoaquosa é anormalmenterápidaquandocomparada com outrosíons (Na+, K+ e Cl-)Águaaceitandopróton e tornando-se íonhidrônio

38. A + B C + DH2O H+ + OH-

39. O valor daKeq para a águapuramedidoporcondutividadeelétrica é 1,8 x 10-16MAssim:Kw = [H+] [OH-] = 55,5 x 1,8 x 10-16Kw = [H+] [OH-] = 1,0 x 10-14

40. Na águapura[H+] = [OH-] = 1,0 x 10-14[H+]2 = 1,0 x 10-14

41. A escala de pHpH é definidocomo o logarítmonegativodaconcentração de H+ no meioTomandologarítmonegativo do produtoiônicodaáguaChamando –log [H+] = pH e –log [OH-] = pOH

42. A escala de pH é prática e costuma ser usada entre 0 e 14Na água purapH = log[H+] = log(107)= 7Também na água pura:pOH = 14 – pH = 14 – 7 = 7AlvejantedomésticoAmoníacodomésticoAumentabasicidadeSolução de bicarbonato de sódioÁgua do marNeutroSanguehumanoImportante:Note que a escala de pH é logarítmica e nãoaritmética, ouseja, umasolução de pH 6,0 possui 10 vezesmaisprótons do queumasolução de pH 7,0.Leite, salivaCafé pretoCervejaSuco de tomateVinhotintoCoca-Cola, vinagreAumentaacidezSuco de limãoSucogástrico

43. A Escala de pH

44. Problema:1) Qual a concentração de H+emumasolução de NaOH 0,1 M?Resolvendo para H+1 x 10-14 M2= 10-13 M0,1 M

45. Os ácidos e bases fracas tambémpossuemconstantes de dissociaçãoHCl H+ + Cl-ÁcidosFortesH2SO4 2H+ + SO4-NaOH Na+ + OH-BasesFortesKOH K+ + OH-Dissociam 100% quandoemsoluçãoaquosaO maiorinteresse dos bioquímicosestánaspropriedades dos ácidos e bases fracas, ouseja, aquelesquenãodissociamcompletamentequandoemsoluçãoaquosa.

46. ÁcidoacéticoUm ácidofracoÁcidoacéticoUm doador de prótonÂnionacetatoUm aceptor de próton-Um ácidopode ser definidocomo um doador de próton-Uma base pode ser definidacomo um aceptor de prótonUm doador de próton e seuaceptorcorrespondenteformam um par ácido base conjugado-Cadaácidofracoem particular possuiumatendênciaemdoarpróton.-Quantomais forte o ácidomaior a tendência do ácidoemionizar-se (doarpróton).

47. A tendência de um ácidoionizar-se é medidapelaconstante de equilíbrio (Keq)HA H+ + A-Ka = constante de dissociação – quantomais forte o ácidomaior a constante de dissociaçãoPodemosdefinir o pKa de um ácidocomosendopKa = -log KaEssadefinição é análoga à definição de pH.Quantomenor o pKamais forte é o ácido.

48. A curva de titulaçãorevela o pKa do ácido=10-14 M2Região de tamponamento=1,74 x 10-5 MEquivalentes de OH-adicionadosPorcentagemdatitulação

49. Regiõesimportantesemumacurva de titulaçãoFimdatitulaçãoTodoácido original dissociou-sePonto médiodaTitulaçãoMetade do ácido original dissociou-seRegião de TamponamentoIníciodatitulaçãoMoléculatotalmenteprotonadaEquivalentes de OH-adicionadosPorcentagemdatitulaçãoNo pontomédiodatitulação o pH = pKa

50. Demonstrandomatematicamenteque no pontomédiodatitulação o pH = pKaQuandoemsoluçãoaquosaLogo a constante de dissociação é:Resolvendo para [H+]TomandologarítmosnegativosComo vimos-log[H+] = pH e –logKa = pKa, portanto

51. Estaequação é conhecidacomoequação de Henderson-HasselbalchNo pontomédiodatitulação [A-] = [HA], logoLog 1 = 0, portantoImportante:O detalhemaisimportantenacurva de titulação de um ácidofraco é queelamostragraficamenteque um ácidofraco e o seuânion – um par ácido-base conjugado – podemfuncionarcomo um tampão

52. TAMPÕES - São sistemasaquososqueresistemàsvariações do pH quandoquantidadesrelativamentepequenas de ácido (H+) ou base (OH-) sãoadicionados à soluçãoNasextremidades das curvas o pH variaMUITO com POUCOSequivalentes de HO-adicionadosNa faixamédia, com pH`s próximosaos dos pKa`s, no entanto, o pH variaPOUCO com MUITOSequivalentes de HO-adicionadosRegiões de tampona-mentoAs curvasaoladoemborasemelhantesestãodeslocadasaolongo do eixo de pH porqueessesácidospossuemforçasdiferentes.Equivalentes de OH-adicionadosPorcentagemdatitulação

53. pKa e Ka de algunsácidos e bases fracas

54. TAMPÕES EM SISTEMAS BIOLÓGICOSOs fluídos intra e extra celulares dos organismospossuem pH constantedevido:-as proteínaspossuemresíduos de aminoácidosquepodem ser ionizados e contribuem para a manutenção do pH celular-Nucleotídeoscomo o ATP-ácidosorgânicos-Amônia (tampona a urina)Exemplo:Resíduo de histidinapKa = 6,0ÉsterAdeninaAnidridoAnidrido

55. O tampãofosfato age emtodas as célulasH2PO4- H+ + HPO42-pKa = 6,86, portanto é um bomtampão entre os pH’s de 5,9 a 7,9Nosmamíferososfluidosextracelulares e a maioria dos compartimentoscitoplasmáticostêm um pH naregião entre 6,9 e 7,4

56. O plasma sanguíneo é tamponadopelosistematampãobicarbonatoEquação 1Equação 2Substituindonaequação 1

58. H+ + HCO3-Reação 1SangueH2CO3Um aumentonaconcentração de H+ no sanguetira o sistema do equilíbrio e estimula as reaçõesindicadaspelassetasamarelas, aumentando a pressãoparcial do CO2nospulmões. Animais com acidose metabólica em geral apresentam respiração acelerada (hiperventilação)Reação 2H2OH2OCO2(d)Reação 3PulmõesCO2(g)A introdução de HO-tambémtira o sistema do equilíbriopoisestasreagem com os H+ para formaráguahavendo, portanto, umadiminuiçãonaconcentração dos H+.Este fenômeno, porsuavez, estimula as reaçõesindicadaspelassetasvermelhas, o queimplicanumaabsorção de CO2 dos pulmões. (gerandohipoventilação)