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Bioquímica
Introdução
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O que é?
• A bioquímica estuda as estruturas moleculares, os mecanismos e os processos químicos responsáveis
pela vida.• É a disciplina científica que busca explicar a vida no
nível molecular.• Oferece esclarecimentos sobre o tratamento de
doenças, tais como o câncer e diabetes.• Melhora a eficiência de indústrias, tais como a síntese
de pesticidas e medicamentos e o tratamento de esgotos.
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A bioquímica oferece respostas para questões fundamentais como...
• “De que somos feitos?”• “Como funcionamos?”
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É uma ciência reducionista...
Tenta explicar o todo dividindo-o em partes menores e examinando cada parte separadamente, ou seja, isolando e
caracterizando as moléculas componentes de um organismo
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Níveis de organização de um organismo vivo
A bioquímica focaliza estruturas e funções de moléculas. Interações entre moléculas dão origem a estruturas de ordem superior, que podem elas próprias ser componentes de entidades maiores, levando finalmente ao
organismo inteiro.
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Os três principais temas da bioquímica...
• De que são feitos os organismos vivos?
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Como os organismos adquirem e usam energia?
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Como um organismo mantém sua identidade através das gerações?
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Moléculas biológicasApenas um pequeno
subconjunto dos elementos conhecidos
ocorre em biomoléculas. Os mais abundantes são: C, N, O e H, seguidos de Ca,
P, K, S, Cl, Na e Mg. Oligoelementos em
quantidades pequenas.
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As células contêm quatro tipos principais de biomolécula...
• AminoácidosContêm um grupamento amina (-NH2) e um ácido carboxílico(-COOH).
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Glicídeos
• Chamados de oses, monossacarídeos ou simplesmente acúcar.
• Fórmula: (CH2O)n
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Nucleotídeos
Formados por uma pentose, um anel nitrogenado e um ou mais grupamentos fosfato.
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LipídeosNão podem ser descritos por uma única fórmula estrutural, pois são constituídos por diversas moléculas. Característica geral: pouco solúveis em água.
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Há três tipos principais de polímeros biológicos
• Os organismos contêm macromoléculas (polímeros) que podem ser feitas de milhares de pequenas moléculas (monômeros).
Polímero
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As ligações de monômeros em polímeros valem para os aminoácidos, oses e nucleotídeos
Os lipídeos não formam polímeros, embora possam se agregar formando estruturas
maiores.
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• Polímeros de aminoácidos: PROTEÍNAS ou PEPTÍDEOS (20 tipos de aminoácidos diferente
servem como elementos de construção)
• Polímeros de nucleotídeos: ÁCIDOS NUCLÉICOS ou POLINUCLEOTÍDEOS (apenas 4 tipos de nucleotídeos
diferentes)
• Polímeros de oses ou monossacarídeos: POLISSACARÍDEOS ou POLIOSÍDEOS ou GLICANS
(poucos tipos de oses)
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Polipeptídeo
Aminoácido Aminoácido
Proteína
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Nucleotídeo
Ácido nucléico
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Polissacarídeos
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Energia e metabolismo
• As atividades normais dos organismos vivos –mover-se, crescer, reproduzir-se, movimentação de uma bactéria, lampejar de um vaga-lume, descarga elétrica de uma enguia – demandam um gasto constante de energia. O estudo da energia e de seus efeitos sobre a matéria pertence à Termodinâmica (do grego, therme, calor + dynamis, energia).
• A vida segue as leis da termodinâmica
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Os organismos vivos existem em um estado de equilíbrio dinâmico, nunca em equilíbrio com
seu meio ambiente...• As moléculas são continuamente sintetizadas
e depois degradadas em reações químicas que envolvem um fluxo constante de massa e energia. Exemplos:
a) moléculas de hemoglobina que transportam O2 nesse momento foram sintetizadas no mês passado, no próximo mês serão degradadas e substituídas por novas.
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b) A glicose ingerida na última refeição está agora circulando no sangue e, antes que o dia termine, elas serão convertidas em outra molécula – CO2 ou gordura – e substituídas por suprimento fresco de glicose.
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As quantidades de hemoglobina e glicose permanecem constantes porque a velocidade de síntese ou ingestão de cada uma está balanceada com a velocidade da degradação, consumo ou conversão em outro produto. A constância da concentração é o resultado de um estado de equilíbrio dinâmico (diferente de equilíbrio)
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Manter o estado de equilíbrio requer o investimento constante de energia; quando a célula não consegue mais gerar energia, ela morre e começa a decair em direção ao equilíbrio com o meio ambiente.
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Os organismos transformam a energia e a matéria do seu meio ambiente...
• Sistema: a parte de interesse do universo, tal como o frasco de reação ou um organismo; o restante do universo é o meio externo.
Universo: sistema + meio externo
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Tipos de sistema
• Isolado: o sistema não troca nem matéria nem energia com o seu ambiente.
• Fechado: o sistema troca energia mas não matéria com o ambiente.
• Aberto: o sistema troca tanto energia como matéria com o ambiente.
Um organismo vivo é um sistema aberto...
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Primeira Lei da Termodinâmica...
A energia (U) é conservada; não pode ser criada nem destruída, mas pode ser transformada.Ex: energia de um rio descendo pode ser captada como eletricidade, a qual pode ser utilizada para produzir calor ou executar trabalho mecânico.
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Os organismos vivos obtêm a energia do seu ambiente de duas maneiras
1) Captam alimentos químicos (como a glicose) do ambiente e extraem a energia oxidando-os
As células e os organismos não-fotossintetizadores obtêm a energia que necessitam pela oxidação de produtos ricos de energia da fotossíntese e, depois, passando os elétrons para o oxigênio atmosférico para formar água, dióxido de carbono e outros produtos finais, que são reciclados no ambiente.
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2) Absorvem energia a partir da luz solar.As células fotossintetizadoras absorvem a energia luminosa e as usam para direcionar os elétrons da água para o dióxido de carbono (redução), formando produtos ricos em energia, como a glicose, amido, sacarose e liberando oxigênio para a atmosfera.
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Todas essas reações envolvendo o fluxo de elétrons são reações de oxidação-redução, um reagente é oxidado (perde elétrons) à
medida que outro é reduzido (ganha elétrons)