Ciência que estuda a química da vida

(características dos seres vivos)

1 – Complexidade química e organização estrutural

2 - Extração, transformação e uso da energia do meio

3 – Replicar e viver em grupo

4 - Perceber e responder a alterações do meio

5 - Definir funções para seus componentes e regular a

interação entre eles

Características dos seres vivos

1 - Complexidade química e organização microscópica

Elementos químicos comuns C, O, N, H e P

Grande diversidade das biomoléculas/ poucas unidades

fundamentais (monômeros)

Cada biomolécula apresenta características estruturais

específicas relacionadas à sua composição em subunidades e

arranjo nas células – determinar a função e diversidade nas

células

Hierarquia estrutural das células

As unidades monoméricas e essa hierarquia estrutural são

compartilhadas por todas as células vivas

Células são unidades fundamentais dos seres vivos altamente organizadas

Unidades

monoméricas Macromoléculas Complexos

supramoleculares Células Tecidos e

Organismos

Como se explica bioquimicamente tanta

variação/diversidade nos seres vivos

“The garden of eden”

Jan van Kessel

(Belgica sec 17)

Unidades monoméricas agrupadas em sequência

diferentes podem originar várias moléculas

Dois tipos de monômeros para serem agrupados.

Quantas moléculas diferentes podem ser obtidas?

Molécula de 2 monômero Molécula de 3 monômero

Unidades monoméricas agrupadas em sequência

diferentes podem originar várias moléculas

S=NL onde:

S = número de seqüências possíveis

N = número de unidades existentes

L = comprimento linear da seqüência

Para L = 8 e N=4 ou 20

DNA → S=48 = 65.536

Proteínas → S = 208 = 2,65x1010

A diversidade vem da variação no arranjo

das unidades monoméricas e consequente

alteração dos constituintes das células vivas

2 - Possuem sistemas para a extração, transformação e uso

da energia do meio em que vive

Seres vivos obtêm energia do meio em que vivem para

construir e manter suas unidades estruturais e para

realização de trabalho (mecânico, químico, osmótico e

elétrico)

Células se comportam

como transdutores de

energia – convertem

energia química em

outro tipo necessário

Autotróficos – obtém

energia a partir da luz solar

e CO2 da atmosfera.

Heterotróficos – obtém

energia a partir da

degradação de produtos mais

complexos proveniente de

outros organismos

Os organismos podem ser divididos em autotróficos

e heterotróficos

3 - Capacidade de se replicar e viver em grupo

A reprodução dos seres vivos é perto da completa fidelidade

Essa capacidade está

relacionada com as

informações codificadas

no material genético de

cada organismo

DNA DNA

RNA

Proteína

replicação

transcrição

tradução

4 - Possuem mecanismos de perceber e responder a alterações do meio

Adaptação por alterações bioquímicas internas

5 - Possuem capacidade de definir funções para seus componentes e regular a interação entre eles.

As interações entre os

componentes de um

organismo vivo são

dinâmicas, portanto

mudanças em um deles induz

alterações coordenadas ou

compensatórias em outros

componentes

Soja com cultivo normal (folhas

senescentes e sementes) e sem

deixar florescer – forma vegetativa

Bioquímica área da ciência que

estuda a estrutura das biomoléculas,

suas propriedades e como elas

interagem para conferir as

características dos seres vivos

Biomoléculas

Moléculas orgânicas que constituem os seres vivos

Biomoléculas quando observadas

individualmente, seguem todas as leis da física e

química descritas para a matéria inanimada

Conferem as características especiais dos

seres vivos quando elas passam a agir em

conjunto com uma grande organização

87%

Maior massa

é de carbono

Existe a participação

de vários outros

elementos em

pequena quantidade

C = 1/2 do peso seco das células

As biomoléculas são organizadas ao

redor de um esqueleto de átomos de C

C é um átomo muito versátil em relação às

ligações covalentes que pode formar

A que se refere essa versatilidade ?

Tipos de ligação e átomos que reagem

Forma ligações covalentes simples com o H

Forma ligações covalentes simples e duplas com o O

Forma ligações covalentes simples e duplas com o N

Além disso.......

Grande significado para a Biologia - conformação

Ligações entre átomos de C

(tripla é rara nas biomoléculas)

Conformação

arranjo tridimensional específico dos

átomos que formam uma molécula

A estrutura tridimensional

(conformação) das biomoléculas é

importante para suas características e

funcionalidade

Átomos de Carbono - Geometria tetraédrica

Núcleo dos átomos das ligações com o C não estão

em um mesmo plano, apresentam um arranjo

tetraédrico

Ligações covalentes simples entre átomo de carbono

Ângulo de 109º entre duas ligações

Comprimento de 0,154nm entre os átomos

Possui rotação livre e geometria tetraédrica

A dupla ligação entre os C confere maior

proximidade entre os átomos (0,134nm)

A geometria entre os C é planar

É rígida, não permite rotação entre os átomos pois

todos os átomos vizinhos estão em um mesmo plano

Os átomos de C das biomoléculas formam cadeias lineares,

ramificadas ou cíclicas, com ligações simples e duplas

Adquirindo uma conformação tridimensional especifica

A configuração das moléculas biológicas também é

importante para a sua atividade

Disposição diferentes de ligantes ao redor do átomo de C

isômeros geométricos e estereoisômeros

Presença de dupla ligação Presença de carbono assimétrico

As formas isoméricas não podem ser

convertidas sem a quebra de ligação

Isômeros geométricos ou cis-trans

• Diferem no arranjo de seus grupos com relação a uma dupla ligação

• Cada isômero é um composto com características diferentes

Estereoisômeros • Um átomo de carbono com quatro ligantes diferentes (carbono

assimétrico ou centro quiral) - duas configurações que são

imagem especular entre si.

• Cada isômero é um composto com características químicas

semelhantes e diferem nas características físicas e biológicas

• Moléculas biológicas podem ter mais que um centro quiral e

portanto vários isômeros (enantiômeros e diasterômeros) – 2n

Ervas usadas na culinária

Óleos essenciais utilizados na indústria

Uso na indústria de alimentos (flavorizantes), como

solventes biodegradáveis e como o R-limoneno tem efeito

repelente para insetos tem sido usado na formulação de

alguns inseticidas.

A esse esqueleto de C é adicionado

grupos de outros átomos que conferem as

propriedades químicas das moléculas –

diversidade.

Grupos funcionais

Separados em 5 famílias de compostos

1 - Hidrocarbonetos

2 - Grupos com oxigênio

3 - Grupos com nitrogênio

4 - Grupos com enxofre

5 - Grupos com fósforo

1 - Hidrocarbonetos

Metil

Etil

Fenil

2 - Grupos com oxigênio

carbonila

aldeíd

o

cetona

carboxila

anidrido

( 2 carboxilas)

alcool - hidroxila

éter

éster

3 - Grupos com nitrogênio

amina

amida

guanidina

imidazol

4 - Grupos com enxofre

sulfidrila

dissulfeto

tioester

5 - Grupos com fósforo

fosforila

fosfoanidrido

acilfosfato

(anidrido misto, acido carboxilico

mais acido fosforico)

As moléculas biológicas podem ser

consideradas polifuncionais em relação

aos grupos químicos que as compõem

As características químicas e biológicas

das biomoléculas são determinadas pelos

grupos funcionais que as constituem e

sua disposição tridimensional

Esse conjunto de átomos ligados

covalentemente apresentam uma conformação

espacial importante para desempenhar uma

função bioquímica/biológica

Molécula de Clorofila - representações

Uma molécula muito importantes nos

organismos vivos é a água (70% massa)

Molécula dipolar – arranjadas ordenadamente

através de ligações de hidrogênio

• Grupamentos polares das biomoléculas podem formar ligações de

hidrogênio com a água

• Ocorrem entre um átomo eletronegativo (Oxigênio ou Nitrogênio)

e um hidrogênio ligado a outro átomo eletronegativo (Oxigênio ou

Nitrogênio)

Ligações de Hidrogênio importantes nas biomoléculas

Ligações de Hidrogênio podem ocorrem entre moléculas e a água,

entre grupos de uma mesma molécula ou de moléculas diferentes

Presença de grupos com carga elétrica ou que fazem ligações de

Hidrogênio com a água classifica as moléculas em:

hidrofílicas (moléculas solúveis na água)

hidrofóbicas (moléculas não solúveis na água)

Essas interações fracas:

• ligações de hidrogênio

• forças hidrofílicas e hidrofóbicas

• interações iônicas

Importantes para a manutenção da estrutura

tridimensional das moléculas e suas funções biológicas

Estrutura biomoléculas • Carboidratos (Açúcares) • Proteínas (Enzimas) • Lipídeos (Gorduras)

• Ácidos Nucleicos (DNA/RNA)