A LÓGICA MOLECULAR DA VIDA Profa: Anderson Lamêgo

QUEM É A TAL BIOQUÍMICA?

Ciência que tem como objetivo:

Determinar como o conjunto de biomoléculas interagem entre si, para manter e perpetuar a vida.

Entender a intima relação que existe entre a estrutura-função das biomoléculas.

O principal objetivo da bioquímica é a completa compreensão, em nível molecular, de todos os processos químicos associados às células vivas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Entender as bases químicas e físicas que governam asmacromoléculas.

Conhecer as propriedades química, físicas e função dos,hidratos de carbono, lipídios, proteínas e enzimas.

Estudar a caracterização, organização e regulação dasreações químicas e as principais vias de obtenção deenergia dos sistemas biológicos.

Interrelacionar os processos bioquímicos nos diferentesníveis de organização, célula, tecido e organismo.

A IMPORTÂNCIA DA BIOQUÍMICA

A maioria das doenças, ou talvez todas, tem uma base bioquímica.

As abordagens bioquímicas são com freqüência fundamentais para se elucidarem as causas das doenças e para o desenvolvimento de tratamentos apropriados.

O uso judicioso de vários testes bioquímicos laboratoriais é um componente essencial do diagnóstico e da monitoração do tratamento.

Um conhecimento sólido de bioquímica e de outras disciplinas básicas afins é essencial para a prática racional das ciências médicas e das ciências da saúde a elas relacionadas.

Será um disciplinas incrível e inesquecível para você.

CARACTERISTÍCAS DOS ORGANISMOS VIVOS

Altamente Complexos, Organizados e Eficientes, constituídos poruma grande variabilidade de biomoléculas capazes de:

Extrair e transformar a energia a partir de nutrientes químicos oude energia solar.

Utilizar esta energia para construir suas próprias estruturas erealizar trabalho, osmótico ou mecânico.

Inter-relacionar-se dinamicamente com o meio ambiente na trocade matéria e energia, obedecendo as leis da física e química.

Capacidade de auto-replicar e se reproduzir.

Os Componentes Químicos das Células

Qual a diferença química?

Abundância relativa de elementos químicos encontrados na crosta terrestre em comparação aos tecidos e células dos seres vivos.

Os Componentes Químicos das Células

” ..pó do solo... “ (Genesis 2:7)

EXPLICAR AS DIFERENÇAS

“Se os organismos são compostos de moléculas inanimadas por que a matéria viva difere tão rapidamente da matéria não-viva, que também consiste de matéria inanimada?”

O objetivo da Bioquímica é determinar como a coleção de moléculas inanimadas, que constituem os organismos vivos interagem para manter e perpetuar o estado vital.

SISTEMA TERMODINÂMICO ABERTO DE TROCA DE MATÉRIA E ENERGÍA

Capazes de manter concentrações altas de moléculas e ions em relação ao meio externo, fora da condição de equilíbrio.

As moléculas são continuamente sintetizadas e desmontadas.

A energia disponível para realizar trabalho é chamada energia livre, menor que a variação total de energia, parte é dissipada como calor (Entalpia) ou em dispersão (Entropia).

A energia é traduzida ou interconvertida de energia química em eletromagnética, osmótica ou mecânica.

Os transdutores de energia nos organismos vivos estão associados ao fluxo de elétrons na oxidação de compostos orgânicos.

A energia liberada nas reações químicas exorgônicas é acoplada a um intermediário energético o ATP utilizado nas reações endorgônicas.

SISTEMA TERMODINÂMICO ABERTO DE TROCA DE MATÉRIA E ENERGÍA

1º. LEI DA TERMODINÂMICA: Conservação de Energia

2º. LEI DA TERMODINÂMICA: Entropia (tudo tende ao caos)

DIVERSIDADE BIOQUÍMICA PROPORCIONADA PELA COMPARTIMENTAÇÃO DAS CÉLULAS.

DIVERSIDADE BIOQUÍMICA PROPORCIONADA PELA COMPARTIMENTAÇÃO DAS CÉLULAS.

As células constituem micro-espaços para as transformações bioquímicas.

Sistemas de vesículas membranosas proporcionam um universo de reações químicas.

Criam proteção contra um ambiente adverso e delimitam ambientes para a manutenção de concentrações de substâncias.

Células eucariontes são complexos sistemas bioquímicos interligados através de suas organelas.

Dê um tempo para a mente relembrar.As informações precisam ser guarda em sua memória.

QUESTIONAMENTOS

1. Explique a primeira e a segunda lei da termodinâmica.2. Como a vida persiste apesar da segunda lei da

termodinâmica?3. Como a organização celular possibilitou a diversificação das

atividades bioquímicas?4. Em condições ideais uma célula bacteriana dobra de

tamanho e se divide a cada 20 minutos, enquanto uma célula animal precisa de 24 horas. Explique por que da diferença nesse metabolismo.

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA

os organismos vivos são compostos de macromoléculas que porsua vez são constituídas de unidades menores que se repetem osmonômeros, que em geral são formados por elementosfundamentais como: C, H, O e N.

Organizadas tendo como base o carbono, altamente versátil nassuas ligações e na adição de grupos funcionais.

Com uma estrutura 3D ou arranjo espacial em três dimensões oqual confere uma especificidade conformacional e atividadebiológica.

As interações entre as biomoléculas são estereoespecíficas,capazes de distinguir a conformação e configuração.

BIOMOLÉCULAS

Quase todas as biomoléculas são assimétricas, característica especialmente derivada do arranjo espacial que o átomo de carbono pode adquirir.

O átomo de carbono tem uma versatilidade em formar ligações covalentes simples, duplas e triplas (essas não ocorrem em biomoléculas).

BIOMOLÉCULAS

Ligações Químicas

A força das ligações químicas dependem da eletronegatividade dos elementos envolvidos, das distâncias dos elétrons que participam da ligação em relação a cada um dos núcleos e da carga nuclear.

Isso resulta nas seguintes ligações: covalentes (mais energética, > 200 KJ.mol-1) e simples (214 – 461 KJ.mol-1) duplas (502 – 712 KJ.mol-1)

não-covalente (menos energética, 5-20 KJ.mol-1) ponte de hidrogênio, interações iônicas, interações hidrofóbicas, e interações de van de Waals

Covalente ou Não-Covalente?

Vantagem e Desvantagem

As ligações covalentes simples são fortes e atuam na formação de um esqueleto molecular, ademais permitem rotação entre os átomos ligados por este tipo de ligação. Entretanto, as ligações duplas não permitem essa livre rotação devido à aproximação entre os núcleos atômicos, a energia para quebra esse tipo de ligação e muito alta, sendo que em alguns casos a molécula que apresenta a ligação dupla sofre uma torção nesse tipo de ligação.

As ligações não-covalentes são vantajosas, pois permitem que as moléculas sofram rearranjos sem que contudo investirem muito em energia.

BIOMOLÉCULAS

As Biomoléculas são Assimétricas

Grupo Quiral “mão”

Carbono ligado a quatro radicais distintos

Os isômeros são chamados de estereoisômeros e não são superponíveis (enantiômeros ou enantiomorfos),são imagens no espelho uma das outras.

Embora pareça irrelevante, estes compostos, podem apresentar atividades biológicas completamente diferentes.

BIOMOLÉCULAS

Como reconhecer um QUIRAL

BIOMOLÉCULAS

Importância Biológica da Quiralidade

Os enantiômeros podem apresentar atividades biológicas diferentes: um deles pode ser muito ativo e o outro inativo ou fracamente ativo

Dos 20 aminoácidos formadores das proteínas, 19 são enantiômeros e todos do tipo L-aminoácido.

A grande maioria dos açúcares são do tipo D-açúcar.

A estereoespecificidade é extremamente importante na Bioquímica (enzimas). No sistema sensorial é bastante sensível em distinguir os quirais.

Limoneno (L = limão; D = laranja)

Talidomida

OBS: isômero que desviam o plano da luz polarizada para a direita é designado dextrógiro (+ ou D) e o que desvia para a esquerda é levógiro (- ou L).

BIOMOLÉCULAS

BIOMOLÉCULAS

Importância Biológica da Quiralidade

RACEMATO

A mistura formada por quantidades equimolares dos estereoisômeros é chamada de racemato. A maior parte das rotas sintéticas da química leva à produção de racematos, e não somente e um dos enantiômeros. Isso explica porque determinada droga sintetizada por um laboratório é mais eficiente que a mesma droga sintetizada por outro laboratório serem diferentes quanto sua dosagem e eficiência.

BIOMOLÉCULAS

BIOMOLÉCULAS

Conformação e Configuração

A configuração está associada a carbonos ligados por dupla ligação (isso impede qualquer possibilidade de rotação, ao redor dessa ligação) e a grupos quirais. Uma das principais características dos isômeros configuracionais é que eles não podem ser convertidos um no outro sem que ocorra quebra de uma ligação covalente. As configurações podem ser do tipo cis ou trans (isômeros geométrico)

BIOMOLÉCULAS

BIOMOLÉCULAS

Conformação e Configuração

As conformações permitem que as moléculas sofram rearranjos sem que haja grande dispêndio de energia. Trata-se de arranjos espaciais onde os grupos constituintes estão livres para assumir diferentes posições no espaço, sem quebra de ligações, isso é devido a liberdade de rotação que a ligação simples carbono permite.

BIOMOLÉCULAS

Conformação e Configuração

BIOMOLÉCULAS

Macromoléculas

Macromolécula Monômero Funções

Proteínas Aminoácidos Estrutural, defesa, catalítica e etc.

Carboidratos Monossacarídeos Energética e estrutural

Ácidos Nucléicos Nucleotídeos Informação genética

Lipídios Ácidos Graxos Energética e estrutural.

As propriedades químicas das macromoléculas são determinadas pelo seu grupo funcional

Algumas biomoléculas são polifuncionais. Ex.: aminoácidos (grupos aminas e carboxila)

BIOMOLÉCULAS

A SimplicidadeBioquímica

CarbonoHidrogênioOxigênioNitrogênioEnxofrePh[F]ósforo

Gru

po

s F

un

cio

na

is

QUESTIONAMENTOS

1 – Qual a importância das ligações covalentes e não-covalentes na Bioquímica?

2 – Identifique o centro quiral

3 – O isômero D da droga isoproterenol, usado para o tratamento da asma moderado, é 50 a 80 vezes mais efetivo como broncodilatador do que o isômero L. Por que teriam esse dois enantiômeros bioatividades tão diferentes?

CH3

NH2