Fundamentos de Bioquímica

Biologia IV

Universidade de São Paulo – Instituto de Física de São Carlos

2019

Licenciatura em Ciências Exatas

Aula de hoje...

• Bioquímica

• Células

• Ligações químicas

• Grupos funcionais

• Biomoléculas • Carboidratos

• Lipídios

Bioquímica

• Estuda os processos químicos que ocorrem nos seres vivos

• Fornece princípios da organização que estão subjacentes à vida em todas as formas – Lógica molecular da vida

• Mostra como moléculas inanimadas que constituem os seres vivos interagem para se manter e perpetuar a vida

Organização Molecular das Células

Célula Procariótica

• Escherichia coli é a melhor estudada • Parede celular

• Membrana plasmática

• DNA cromossômico único

• Composição: • ~70% água

• ~ 15% proteínas

• ~ 7% ácidos nucleicos

• ~ 3% carboidratos

• ~ 2% lipídeos

Biomoléculas que

estudaremos!

Célula Eucariótica

Membrana plasmática Núcleo Lisossomo Cromatina Membrana

interna Membrana externa

Poro

nuclear

Nucléolo

Complexo de

Golgi

Centríolo

Mitocôndria

Nucléolo

Ribossomo

Retículo

endoplasmático

Peroxissomo Citoesqueleto Citoplasma

Célula eucariótica Núcleo da Célula

Ligações Químicas • Ligação covalente

• Ligações iônicas

• Ligações de hidrogênio

• Interações hidrofóbicas

• Interações de van der Waals

Aceptor de

Hidrogênio

Doador de

Hidrogênio

• As ligações químicas e as interações fracas são essenciais para a estrutura e a função das moléculas biológicas

Grupos funcionais

Grupos funcionais

Compostos Carbono-Nitrogênio (C-N)

Ácido Amina Amida

Compostos de fosfato

Grupo fosfato Formação de um grupo difosfato

ATP: funciona como o principal

transportador da energia química das

células de todas as espécies vivas

Macromoléculas

• Água

• Carboidratos

• Aminoácidos (proteínas/enzimas)

• Lipídeos

• Ácidos nucléicos (Biologia Molecular)

Estrutura da água

• Ligação covalente: compartilhamento de elétrons da última camada

• Molécula polar

Propriedades da água

• Ligações de hidrogênio

• Energia de dissociação de ligação • Covalente: 470kJ/mol (descargas elétricas) • Não-covalente: 23kJ/mol (energia fornecida do Universo

para o sistema)

Interações em sistemas aquosos A água é considerada como solvente universal, ou seja, uma substância capaz de dissolver muitas outras substâncias.

Interações em sistemas aquosos • Interações com íons ou moléculas polares

• Interações com moléculas apolares

Compostos apolares, por não interagirem com as moléculas de água, se agregam para formar uma estrutura energeticamente favorável.

1º Aula

Carboidratos e Lipídeos

• Funções: • fonte de energia das células

• Amido e glicogênio

• elementos estruturais da parede celular e de proteção (exoesqueleto) • quitina

• sinalizadores celulares • glicoproteínas e glicolipídeos

• lubrificação de articulações • líquido sinovial, mucinas presentes na saliva responsáveis pela

lubrificação e proteção da cavidade bucal

• adesão celular • glicoproteínas e mucopolissacarídios

Carboidratos compostos orgânicos que incluem amidos e açúcares

Açúcar desoxirribose é um bloco de construção do ácido desoxirribonucleico (DNA), a molécula que carrega informações hereditárias.

Carboidratos (CH20)n

Apostila de bioquímica (IFSC) 2013; https://bio.libretexts.org

Ribose Glicose Lactose

Amilopectina

Monossacarídeos • Unidade fundamental dos oligossacarídeos e polissacarídeos;

• São os mais simples dos açucares, não sofrem hidrólise

• Possuem baixo peso molecular e são solúveis em água

• Trioses, tetroses, pentoses, hexoses, heptoses (3 a 7 átomos de carbono)

• Aldose ou cetose: posicionamento do grupo C=O

Gliceraldeído,

uma aldose

Diidroxiacetona,

uma cetose

β-D-glicose α-D-glicose

D-glicose

Aldeído hidroxila

Diversos monossacarídeos apresentam estrutura cícilia

Monossacarídeos de 5 – 6 carbonos são capazes de ciclizar

Formam-se piranoses ou furanoses

α-D-glicose

(glucopiranose)

β-D-glicose

(glucopiranose)

Pirano

β-D-frutofuranose α-D-frutofuranose Furano

Derivados de açúcares

Presente na parede celular bacteriana; na estrutura da quitina

Responsável pelo mecanismo de desintoxicação da célula quando se conjuga com a

bilirrubina

Hidroxila no carbono C2 substituída por

amina→ glicosamina

N-acetil-Glicosamina

β-D-glicose

Oxidação no carbono C6 da glicose → ácido

glicurônico

Construção de cartilagem;

Lubrificação das articulações

Ligação glicosídica

• Mecanismo

É o estabelecimento de uma ligação química entre 2 ou mais carboidratos com liberação de água para o meio

Oligossacarídeos • Cadeias curtas de monossacarídeos

• Dissacarídeos: são os oligossacarídeos mais importantes (hidrossolúveis e adocicados)

Polissacarídeos

Combustível (Amido e glicogênio)

Estruturais (celulose)

Suporte celular: camada da parede

bacteriana; ácido hialurônico (tendões)

Heteropolissacarídeos

não ramificado ramificado

Dois tipos de

monômeros,

não

ramificado

Múltiplos

tipos de

monômeros,

ramificado

Homopolissacarídeos

Polissacarídeos • função estrutural

• quitina (compõe a parede celular de fungos e o exoesqueleto de artrópodes)

• celulose (compõe a parede celular de células vegetais e algas)

Polissacarídeos • Açúcares com mais de 20 unidades de monossacarídeos, forma

predominante na natureza. Insolúveis e sem sabor adocicado

• Função de reserva: Amido (encontrado nas plantas e algas) e glicogênio (encontrado nos fungos e animais)

• São altamente hidratados (-OH), quando extraídos com água quente formam soluções ou dispersões turvas

Grânulos de amido no cloroplasto

Grânulos de glicogênio no fígado

Polissacarideos

AMIDO GLICOGÊNIO CELULOSE

Estrutural Armazenamento de energia

Amilose

Amilopectina

Amido

• Abundante em raízes tuberosas (batatas) e sementes (milho); todas células vegetais são capazes de sintetizá-lo

Amido • Amilose e amilopectina

Amilose

Amilopectina

Cadeia

principal

ramificação Ponto de

ramificação

Amido (polímero de glicose)

Amilose (linear)

Amilopectina (ramificada: cada 24-30)

Amido

• Amilose -> solúvel

• Amilopectina -> insolúvel

• Quando fervemos uma batata a amilose é extraída pela água quente e por isso ela se torna leitosa e opalescente

• A amilopectina não é extraída e constitui a maior parte do amido existente na batata cozida

Complexação do amido

• A amilose e a amilopectina podem sofrer reações de complexação, com formação de compostos coloridos.

• Um exemplo importante é a complexação da amilose e da amilopectina com o iodo, resultando em complexo azul.

• O aprisionamento do iodo dá-se no interior da

hélice formada pela amilose.

• Como a amilopectina não apresenta estrutura

helicoidal, devido à presença das ramificações,

a interação com o iodo será menor, e a

coloração menor

Amilose

Microscopia optica (células batata)

Coloração com Lugol

http://www.fcfar.unesp.br/alimentos/bioquimica/praticas_ch/teste_amido.htm

Interação amido com iodo

Estrutura helicoidal

Função armazenamento • GLICOGÊNIO: é um polímero de glicose semelhante

a amilopectina, porém possui um número maior de pontos de ramificações

Função estrutural • CELULOSE: é um homopolissacarídeo de glicoses

unidas através de ligação β1-4

Celulose

Fibras de celulose – parede de alga.

Amido

Celulose – rigidez, ligações glicosídicas (β 1 – 4)

as cadeias lineares são mantidas juntas por ligações de hidrogênio

Celulose é quebrada por celulases

Celulose – OH no C 2

Quitina – Amina acetilada no C 2

Polímero de acetilglicosamina

Quitina

exoesqueleto de artópodes

Parede celular de fungos

Polissacarídios informacionais

Carboidratos Energéticos, estruturais, reconhecimento celular

Lisozima

Peptideoglicano

Função estrutural

• PEPTIDOGLICANO: é um heteropolissacarídeo da parede bacteriana composto de 2 carboidratos distintos combinados com aminoácidos.

Glicosaminoglicanos – matriz extracelular

são heteropolissacarídeos da matriz extracelular, que mantém as células unidas e provê um meio poroso para a difusão de nutrientes e oxigênio para cada célula

Condroitina sulfato • Glicosaminoglicano composto por ácido glicurônico

e N-acetilgalactosamina sulfatada (C4), alternando ligações do tipo β1-4 e β1-3 e possui aproximadamente 20-60 unidades de carboidratos ligados entre si

Queratina sulfato

• Glicosaminoglicano composto por galactose e N-acetilglicosamina sulfatada (C6), alternando ligações β1-4 e β1-3 e possui aproximadamente 25 unidades de carboidratos ligados entre si

Heparina

• Glicosaminoglicano composto por ácido idurônico/glicurônico e N-acetilglicosamina sulfatada, com ligações do tipo α1-4 e possui aproximadamente 15-90 unidades de carboidratos ligados entre si

Glicoconjugados • PROTEOGLICANOS: são proteínas de membrana ou

destinadas à secreção que possuem uma ou mais cadeias de glicosaminoglicanos ligado a elas; estão presentes tanto na matriz extracelular como na superfície celular.

Funções: adesão celular modulação da sinalização lubrificação entre as células

Glicoconjugados

• GLICOLIPÍDEOS: são carboidratos ligados covalentemente a longas cadeias de hidrocarbonetos que geralmente compõem a membrana plasmática.

LIPOLISSACARÍDEO (LPS)

Lipídios

• Função energética e estrutural • Proteção e impermeabilização

• Transporte de elétrons

• Regulação do metabolismo

• Componentes de moléculas complexas

• Pigmentos absorvedores de luz

• Hormônios, mensageiros intracelulares

• Apresentam maior quantidade de energia que os carboidratos

• São a 2º fonte de energia do organismo

• São insolúveis em água e solúveis em substâncias orgânicas apolares como éter e clorofórmio

• Não são poliméricos, mas se agregam

Lipídios

http://www.mindmeister.com/pt/161564966/lip-dios

Lipídeos: glicerol + ácidos graxos

Comprimento e grau de saturação solubilidade n´H20

Ácido graxo (CH3(CH2)nCOOH): hidrocarbonetos (12-24C)

Glicerol

Lipídeo (Ácido palmítico) – ligação éster (esconde as OH polares)

Extremidade hidrofílica (polar)

Extremidade hidrofóbica (apolar)

Cadeia hidrocarbonada

Configuração Cis

Lipídeo (Ácido palmítico) – ligação éster (esconde as OH polares)

Ác. graxos: saturação

Quanto maior o número de insaturações, menos se ajusta pra empacotar então o ponto

de fusão da substância é menor

Ác. graxos: saturação

Ác. graxos: saturação

ponto de fusão

Saturado Monoinsaturado Poliinsaturado

Saturado Insaturado

Ác. graxos: saturação

Manteiga Óleo

Manteiga tem origem animal Margarina tem origem vegetal provém de óleos (insaturados) hidrogenação catalítica Transformação de óleos de milho, soja e girassol em materiais pastosos neste processo parte dos Ac. Graxos cis se transformam em trans que faz mal!! Triglicerídeos saturados estão envolvidos com problemas circulatórios e cardíacos!!

Triacilglicerídeos = armazenamento

glicerol Ác graxo T.A.C. ou gordura neutra

Adipócitos T.A.G. no plasma sanguíneo (combustível metabólico)

Abaixo pele, mama, abdôme

T.A.G. = eucariotos

Lipases – hidrolisam T.A.G.

Triacilglicerídeos = armazenamento

Adipócitos – gordura (animal)

Célula da semente de Arabdopsis. Corpos oleosos

claros.

Ceras

Ésteres de ácidos graxos (ins/sat) + álccois (cadeia longa)

Folhas cerosas (evita evaporação) Glândulas secretam cera (impermeabilização)

Cera de abelha Triacontanoilpalmitato

Lipídios estruturais

Membrana biológica – anfipática

Fosfolipídios Glicolipídios

Esteróis (colesterol)

Fortalece membrana celular em eucariotos e em bactérias (sem parede)

Fosfato

Glicerol

Cab

eça

hid

rofí

lica

Cau

da

hid

rofó

bic

a Saturado

Insaturado

Cabeça polar

Cauda apolar

Esferas lipídicas

Bicamada lipídica

Viscosidade ótima. Fluída – calor Rígida – frio

Membrana biológica – anfipática

Esteróis, hormonios..

Éter de lipídios (plamogênio)

Estrutural (coração de vertebrados)

Esgingosina

Ác. graxo

Esfingolipídios

álcool aminado de cadeia longa

Ensfingolipídios

Agradecimento às monitoras de anos anteriores que contribuíram para esta aula:

Natália Karla Bellini

Carla Silva Martins

Biologia IV

Licenciatura em Ciências Exatas - IFSC