Bioquíma básica e Metabolismos

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Bioquíma básica e Metabolismos
18/03/24 
Bioquímica é a química da vida. 
Resultado de esforços dedicados de números cientistas, hoje através do avanço tecnológico moderno progrediu tal como pesquisa em biotecnologia e biologia molecular.
Bioquímica -> Estudo dos processos vivos. Tem raiz em biologia, química e física. Destaca-se Friedrich Wohler, cientista pioneiro da química quântica por, em 1828, ter sintetizado ureia em laboratório - a primeira síntese orgânica até então realizada em laboratório. No domínio da química inorgânica, deve-se-lhe a descoberta do alumínio, em 1827, e notáveis trabalhos sobre o boro, silício, titânio e fósforo.
Marcellin  Berthelot
 Fundador bioenergica
 Reações endotérmicas e exotérmicas
 Lançou base para 2α leo termodinâmica
 Descobriu “sacarose” e chamou invertase
Louis Pasteur
 Pai da química
 Conciliou química e biologia
Gerhard Mulder
 Descobriu “proteína” – enxofre no sangue, ovos e queijo
James Watson e Francis Crick
Em 1953 modelo dupla hélice do DNA. Receberam prêmio Nobel de Fisiologia de medicina em 1962. Replicação, armazenamento, transmissão da informação genética.
Rosalind Franklin 
Foi cientista importante no DNA. Ajudou Francis e James
Catálise enzimática, enzima substrato e coneito sitio foram desenvolvidos por Michael Polanyie e JBS Haldane. Linus Palling acrescentou.
CICLO KREBS -> Ciclo da ureia e do ácido cítrico
Fred Sanger
 Desenvolveu técnica ácidos nucléicos
O CARBONO
Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-SA-NC
Elemento central na bioquímica. Consegue fazer ligação covalentes com outros elementos, que forma moléculas complexa e diversas.
Isômetro com a mesma forma molecular com arranjos de átomos diferentes. Essa diversidade na estrutura molecular desempenha papel crítico.
A tabela periódica é um gráfico de todos os elemntos químicos conehcidos, organizados em ordem crescente de numero atômico. Embora muitos elementos na tabela, apenas alguns desempenham papel significativo e menos de 30 são essenciais.
4 elementos mais abundantes hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono.
Esses 4 elementos com enxofre e fosfóro constituem 99% da massa de uma célula típica e são essenciais para formação de moléculas complexas e necessárias à vida, como carboidrato, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos.
A estrutura tridimensional ocorre graças a ligações químicas que vão acontecer entre essas moléculas
Os grupos funcionais vão proporcionar condições necessárias para que diversas interações e reações ocorram
Fundamento de química
A química dos organismos vivos gira entorno do CARBONO 
O CARBONO pode participar por várias formas de ligação covalente com ele mesmo ou com outros exemplos, como: hidrogênio (H), oxigênio (O), enxofre (S) e nitrogênio (N).
 O CARBONO pode formar 04 ligações covalentes simples, duplas e triplas com esses átomos.
 As ligações simples são as mais comuns, as duplas frequentemente encontradas em biomoléculas , como ácidos graxos e ácidos nucléicos.
 Ligações triplas são raras em biomoléculas
Essas diversas capacidades de ligações permitem a criação de estruturas tridimensionais complexas presentes nos processos biológicos necessários para a vida.
Essas estruturas estão presentes em uma variedade de grupos funcionais constituintes das biomoléculas
Os grupos funcionais são responsáveis pelas reações e interações químicas específicas que ocorrem dentro das células vivas, e o arranjo desses grupos no espaço tridimensional determina a “personalidade” química geral de uma molécula.
Estereoquímica estudo arranjo átomos no espaço tridimensional, incluindo posições relativas dos átomos e sua orientação.
Compostos contendo carbono existem como estereoisômeros, que são moléculas que possuem as mesmas ligações na mesma formula molecular, mas diferem quanto á sua estrutura espacial e por isso é chamada de isomeria espacial.
ISÔMEROS GEOMÉTRICOS E ISÔMEROS ÓPTICOS – mesma fórmula molecular com fórmula estrutural diferente 
Isômero geométrico conhecido como cis-trans. Difere na ligação dupla rígida 
CIS – “NESTE LADO”
TRANS – “ATRAVÉS DE”
Existem duas classes de isômeros ópticos, os que são imagem espelhada (enantiômeros), e os que não são (diastereoisômeros).
Na natureza as interações entre moléculas são estereoespecíficas. As moléculas tem configuração específica para interação.
Ex: Algumas enzimas podem reconhecer e interagir apenas com estereoisômeros específicos de um substrato, e as drogas podem se ligar apenas a esteroisômeros específicos de receptores. Logo, compreende a estereoquímica das moléculas é fundamental para entender seu comportamento.
ARQUITETURA CELULAR
Propriedades dos organismos vivos, que incluem alta complexidade e organização, um sistema de energia, componentes interativos com diferentes funções, a capacidade de sentir e repsonder ao ambiente, autorreplicação e evolução ao longo do tempo.
As células podem obter energia e carbono captrando energia luminosa do sol ou oxidando combustíoveis químicos para realizarem seus processos metabólicos
Fundamentos de biologia celular
Uma célula é a menor unidade de vida e possui as estruturas necessárias para manter a vida
As células são em sua maioria microscópicas, ou seja, não visíveis sem um microscópio
Todas as células possuem uma membrana plasmática que envolve e define a célula e separa o ambiente interno (intracelular) e externo (extracelular)
A membrana plasmática é uma barreira hidrofóbica que permite a passagem de alguns íons inorgânicos e compostos polares. A membrana é flexível e capaz de sofrer divisão celular sem perder sua integridade.
 O citoplasma é uma solução aquosa contendo os componentes da célula, incluindo organelas como mitocôndrias, ribossomos e o retículo endoplasmático.
 As células eucarióticas (células com “núcleo verdadeiro” do grego eu, “verdade”, e karyon, “núcleo”) têm um núcleo que abriga o DNA da célula
 O núcleo é envolto por uma membrana dypla, que protege o material genético em seu interior. Em contraste, as células procarióticas (do grego pro, “antes”) não possuem membrana nuclear e, em vez disso, têm seu material genético localizado no nucleoide, como as bactérias e archae
A membrana plasmática envolve todas as células e dentro desse limite, encontra-se o citosol, que contém vários componentes para o funcioanmento das células.
Em células procariontes como bactérias e archaea, o material genético DNA, está contido em um nucleoide no citosol, enquanto eujcariontes, este está alojado em um núcleo envolto por uma membrana. 
TODAS AS CÉLULAS TÊM NÚCLEO OU NUCLEOIDE, MEMBRANA PLASMÁTICA E CITOPLASMA.
O CITOSOL É DEFINIDO COMO A PORÇÃO DO CITOPLASMA.
AS CÉLULAS EUCARIÓTICAS TÊM UMA VARIEDADE DE ORGANELAS CONTIDAS POR MEMBRANAS (MITOCÔNDRIAS E CLOROPLASTOS) E AS PARTÍCULAS MAIORES RIBOSSOMOS)
A perpetuação de uma espécie biológica requer que sua conformação genética seja mantida de modo estável, expressa com exatidão na forma de produtos dos genes e reproduzida com o mínimo de erros.
Uma característica dos organismos vivos e das célular é sua capacidade de se reproduzir ao longo de numerosas gerações.
Isso é evidente na observação, de que muitas bactérias, apesar da passagem de milhares de anos, têm o mesmo tamanho, forma e estrutura interna de suas formas ancestrais.
A sequência precisa de nucleotídos no DNA, apesar de seu grande tamanho, garante a continuidade genética e é mantida com precisão por longos períodos.
Essa sequência precisa de DNA pe a base da continuidade genética dos organismos 
As mudanças evolutivas ocorrem por meuo de mecanismos como mtação e seleçao natural, que alteram o material genético de um organismo e seus descendentes e podem levar ao desenvolvimento de novas características e espécies ao longo do tempo.
A estrutura do DNA permite sua replicação e seu reparo com fidelidade.
A estrutura de dupla hélice do DNA permite replicação e reparo, enquanro sequências lineares de DNA codificam proteínas com estruturas tridimensionais únicas.
Quaisquer erros na replicação ou reparo do DNA podemresultar em mutações, algumas das quais podem ser rpejudiciais ou letais, destacando a importância de mecanismos que garantam a precisão da replicação e raparo do DNA.
 
A sequência linear de desoxirribonucleotídeos no DNA (o gene), que codifica a proteína é primeirpo transcrita em uma molécula de ácido ribonucleico (RNA) com uma sequência complementar de ribonucleotídeos. A sequência do RNA (RNA emnsageiro) é então traduzida na cadeia linear da proteína hexocinase, que então se dobra na sua forma nativa tridimensional com o auxílio das chaperona moleculares. Uma vez em sua foma nativa, a hxocinase adquire sua atividade catalítica: ela catalisa a fosforilação da glicose, usando ATP como doador do grupo fosforila.
Todos os organismos modernos derivam um ancestral evolutivo comum por meio de uma série de pequenas mutações ao longo do tempo.
 Essas mutações conferem vantagens seletivas a alguns organismos, permitindo que eles se adaptem melhor ao ambiente e aumentem suas chances de sobrevivência
 Esse processo de seleção natural ao longo do tempo leva a formação de novas espécies existentes
A determinação da sequência do genoma se refere ao processo de obtenção do conjunto completo de informações genéticas contidas em um organismo 
Essa informação é armazenada na molécula de DNA e é codificada na forma de um código genético
Essas informações nos ajudam a entender a composição genética desses organismos e fornecem informações sobre sua evolução, biologia e comportamento
Uma maneira de estudas as relações evolutivas entre organismos é comparando suas sequências e proteínas homólogas
As sequências homólogas são semelhantes em termos de estrutura, função e origem e são consideradas, evidências de um ancestral evolutivo comum
As proteínas homólogas, por outro lado, são semelhantes em termos de estrutura e função, mesmo que desempenhem tarefas diferentes em organismos diferentes 
Dois genes homólogos dentro da mesma espécie são chamados de parálogos, enquanto dois genes homólogos em espécies diferentes são chamados de ortólogos
 A mesma terminologia se aplica às proteínas, com parálogos sendo proteínas semelhantes dentro da mesma espécie e ortólogos sendo proteínas semelhantes em espécies diferentes
Esses termos permitem aos cientistas determinar as relações evolutivas entre as espécies e estudar a evolução de genes e proteínas específicos ao longo do tempo
As células requerem energia e carbono para realizar processos metabólicos e produzir seu material celular. Existem duas maneiras rpincipais pelas quais as células obtêm energia e carbono e essas podem ser classificados como fototíficas e quimiotróficas
As células fototróficas captam energia da luz solar para produzir energia e sintetizar compostos orgânicos por meio da fotossíntese
Esse tipo de nutrição é chamado de fototrofia, da palavra grega trofia, que significa nutrição, e foto, que significa luz
As células fototóficas são encontradas em organismos fotossintéticos, como plantas, algas e algumas bactérias
Durante a fotossíntese, essas células convertem energia luminosa em energia química armazenada em compostos orgânicos, como a glicose
As células eucarióticas são distintas das células procarióticas, como as bactérias, que não possuem núcleo ou organelas
 As células eucarióticas animais são estruturas complexas que contêm várias organelas importantes, cada uma das quais desempenha um papel específico na função celular
 A mitocôndria é o principal local da respiração celular, onde a energia é produzida por meio da oxidação da glicose e de outros nutrientes
 Essa energia é armazenada na forma de ATP, que é utilizado pela célula para realizar diversas funções 
As células quimiotróficas, por outro lado, obtêm energia pela oxidação de combustíveis químicos, como compostos orgânicos ou inorgânicos
As células quimiotróficas são encontradas em organismos como fungos, bactérias e animais
Eles usam reações químicas para extrair energia de molécula do ambiente e armazena-lá na forma de ATP (trisfofato de adenosina), que é usado como fonte de energia para realizar processos celulares
O retículo endoplasmático (RE) e o aparelho de Golgi são importantes para a síntese e processamento de proteínas e lipídios
O RE atua como um local para dobramento e modificação de proteínas, enquanto o aparelho de Golgi é responsável por classificar e modificar as proteínas antes que sejam secretadas da células ou enviadas ao seu destino final 
Os fototróficos e os quimiotróficos podem ser ainda subdividiso em outras duas categorias
Os autotróficos, que podem produzir todas as suas biomoléculas a partir do CO2 e heterotróficos, que precisam de nutrientes orgânicos produzidos por outros organismos
A maneira de um organismo obter nutrientes pode ser descrita pela combinação desses termos
As cianobactérias são um exemplo de fotoautotróficas, enquanto os humanos são qujimio-heterotróficos
Os peroxissomos são organelas especializadas que desempenham um papel fundamental no metabolismo lipídico. Eles contêm enzimas que oxidam ácidos graxos de cadeia muito longa, que são usados como fonte de energia pela célula
Os lisossomos são semelhantes aos peroxissomos, mas contêm enzimas digestivas que degradam resíduos celulares e outros compostos, pelo mecanismo chamado autofagia
AS CÉLULAS PROCARIONTES
Os procariotos ou procariontes são organismos simples que não possuem núcleo e outras organelas ligadas à membrana. Existem dois tipos principais de células procarióticas: archaea e bactérias
Archaea são um tipo menos conhecido de procariotos e são frequentemente encontrados em ambientes extremos, como lagos com alto teor de sal, fontes termais e fontes oceânicas profundas. Algumas archaea estão envolvidas na produção de metano, enquanto outras envolvidas na degradação de matéria orgânica
As células eucarióticas possuem um citoesqueleto composto por filamentos de proteínas que formam estruturas alongadas que fornecem estrutura, estabilidade e atuam como trilhos para o movimento das organelas celulares
As células vegetais também contêm várias estruturas únicas que não são encontradas nas células animais. Por exemplo, elas têm grandes vacúolos centrais, que servemcomo compartimento de armazenamento para ácidos orgânicos e outros resíduos. Almém disso, as células vegetais contêm cloroplastos, que são responsáveis por converter a luz solar em energia através da fotossíntese
As bactérias são o tipo mais conhecido de procariontes e podem ser encontradas em uma ampla variedade de ambientes, incluindo solo, água e no corpo humano, desempenhando um papel importante em muitos processos ecológicos e estão envolvidos nas infecções e doenças humanas
A bactéria mais amplamente estudada é a Escherichia coli (E.coli) comumente encontrada no trato intestinal humano 
As bactérias podem ser classificadas em gram-posistivas e gram-negativas. A classificação é baseada nos resultados de uma técnica de coloração chamada coloração de Gram, desenvolvida pelo bacteriologista dinamarquês Hans Christian Gram, em 1884
A coloração de Gram diferencia as bactérias com base na composição da parede celular e ainda é amplamente utilizado hoje para a classificação rápida de bactérias no laboratório clínico
As bactérias gram-positivas tem uma parede celular espessa de pepetidoglicano, juntamente com o ácido teicoíco, que retém a coloração cristal violeta usado no procedimento de coloração de Gram
Essas bactérias aparecem roxas ou azuis ao microscópio após a coloração. Algumas bactérias gram-positivas bem conhecidas incluem Staphylococcus Streptococcus e Bacillus
As bactéria gram-negativas, por outro lado, tem uma camada mais fina de peptidoglicano e carecem de ácido teicóico 
Como resultado, aparecendo rosa ou vermelha ao microscópio
Algumas bactérias gram-negativas bem conhecidas e incluem Escherichia colo, Salmonella e Pseudomonas
AS CÉLULAS EUCARIONTES
Os eucariotos ou eucariontes são um tipo de organismo que possui células eucarióticas 
Essas células são caracterizadas pela presença de um núcleo envoltoem uma membrana, uma variedade de outras organelas
Os eucariotos inclui uma ampla gama de organismos, desde protozoários unicelulares até até organismos multicelulares complexos, como animais e plantas 
Alguns exemplos comuns de eucariotos incluem fungos, algas, animais e os humanos.
As células eucarióticas são distintas das células procarióticas, como as bactérias, que não possuem núcleo ou organelas.
As células eucarióticas animais são estruturas complexas que contêm várias organelas importantes, cada uma das quais desempenha um papel específico na função celular.
A mitocôndria é o principal local da respiração celular, onde a energia é produzida por meio da oxidação da glicose e de outros nutrientes.
Essa energia é armazenada na forma de ATP, que é utilizado pela célula para realizar diversas funções.
• O retículo endoplasmático (RE) e o aparelho de Golgi são importantes para a síntese e processamento de proteínas e lipídios.
• O RE atua como um local para dobramento e modificação de proteínas, enquanto aparelho de Golgi é responsável por classificar e modificar as proteínas antes que sejam secretadas da célula ou enviadas ao seu destino final.
• Os peroxissomos são organelas especializadas que desempenham um papel fundamental no metabolismo lipídico. Eles contêm enzimas que oxidam ácidos graxos de cadeia muito longa, que são usados como fonte de energia pela célula.
• Os lisossomos são semelhantes aos peroxissomos, mas contêm enzimas digestivas que degradam resíduos celulares e outros compostos, pelo mecanismo chamado de autofagia.
As células eucarióticas possuem um citoesqueleto composto por filamentos de proteínas que formam estruturas alongadas que fornecem estrutura, estabilidade e atuam como trilhos para o movimento das organelas celulares.
As células vegetais também contêm várias estruturas únicas que não são encontradas nas células animais. Por exemplo, elas têm grandes vacúolos centrais, que servem como compartimento de armazenamento para ácidos orgânicos e outros resíduos. Além disso, as células vegetais contêm cloroplastos, que são responsáveis por converter a luz solar em energia através da fotossíntese.
A ÁGUA
A água compreende 70% do peso da maioria dos organismos e possui propriedades únicas, como a capacidade de dissolver uma ampla gama de moléculas devido à sua polaridade, atuando como solvente para muitos compostos polares e iônicos
Sua alta capacidade térmica também permite que funcione como um tampão térmico, ajudando a regular a temperatura nos organismos vivos
Dentre as moléculas que são mais importantes para o funcionamento das células, está a água, componente fundamental para diversas funções vitais.
ESTRUTURA DA MOLÉCULA DE ÁGUA
• A molécula de água (H2O) consiste em dois átomos de hidrogênio e um átomo
• de oxigênio ligados por ligações covalentes. A fórmula estrutural da água é H-O-H
As moléculas de água são altamente coesas devido às pontes de hidrogênio, o que, por sua vez, leva a alta tensão superficial, alta viscosidade e pontos de ebulição e fusão mais altos do que os de outros solventes comuns.
• A água pode atuar como um solvente, ou seja, ela pode dituir substâncias. Essa característica é fundamental para que ocorram os transportes de substâncias do meio externo para dentro da célula.
• A osmometria é usada para medir a pressão osmótica de uma solução, sendo importante para entender o movimento da água através das membranas celulares.
• O pH de uma solução é uma medida de sua
acidez, ou
basicidade, e é importante em muitos sistemas biológicos. Por exemplo, enzimas e outras proteinas funcionam de forma otimizada dentro de uma faixa especifica de pH, e mudanças no pH podem afetar a estabilidade e a atividade dessas moléculas.
• O potencial hidrogeniônico (pH) precisa estar de acordo com cada processo fisiológico que ocorre nos seres vivos.
• A água também é um reagente nas reações, como na hidrólise, em que a água irá quebrar ligações químicas.
PROPRIEDADES DA ÁGUA
• A água é um solvente polar porque suas moléculas têm um leve desequilíbrio de carga elétrica, o que significa que uma extremidade da molécula, a extremidade do oxigênio, tem uma leve carga negativa (é mais eletronegativo) e a outra extremidade, do hidrogênio, tem uma leve carga positiva.
• Essa distribuição de carga polar permite que a molécula de água interaja com outras moléculas polares ou carregadas, como íons ou compostos polares.
• Essa propriedade permite que a água dissolva uma ampla gama de moléculas conhecidas como compostos hidrofílicos, derivada da palavra grega fílico, que significa amar, e hidro que significa água. Por exemplo, a solubilização do NaCl (cloreto de sódio, ou sal de cozinha) em água ocorre através do processo de dissociação, em que a molécula de NaCl se decompõe em seus íons individuais, Na+ e Cl-.
• Os átomos de oxigênio nas moléculas de água que têm uma carga parcial negativa, atraem os íons de sódio carregados positivamente. Da mesma forma, os átomos de hidrogênio nas moléculas de água que têm uma carga parcial positiva atraem os íons cloreto carregados negativamente. Isso é conhecido como atração eletrostática entre íons e moléculas polares, e é a principal força que mantém os íons em solução e os mantém dissolvidos na água.
Os compostos anfipáticos em solução aquosa tendem a se organizar em estruturas chamadas micelas, nas quais as partes hidrofóbicas (apolares) da molécula se escondem no interior, interagindo umas com as outras, enquanto as regiões polares da molécula interagem com a água ao redor. Isso minimiza a quantidade de área de superfície hidrofóbica exposta à água, pois as partes hidrofóbicas estão protegidas dentro da micela.
Esse comportamento é observado em muitas moléculas biológicas, como os lipídios, que formam a estrutura de bicamada na membrana celular.
OSMOMETRIA
A osmose é o processo pelo qual a água se move através de uma membrana semipermeável de uma região de maior concentração de água para uma região de menor concentração de água.
Esse movimento (difusão) e impulsionado pela diferença na pressao osmótica entre as duas regiões.
A osmolaridade, ou a concentração de partículas dissolvidas, é uma medida da pressão osmótica e é usada para descrever a concentração relativa de uma solução.
• Em uma solução isotônica, a pressão osmótica é a mesma em ambos os lados da membrana, portanto não há movimento líquido de água. A osmolaridade do solvente é igual ao citosol.
• Em uma solução hipertônica, a pressão osmótica é maior fora da célula, fazendo com que a água se mova para fora da célula e encolha.
A osmolaridade do solvente é maior que o citosol.
• Em uma solução hipotônica, a pressão osmótica é maior dentro da célula, fazendo com que a água se mova para dentro da celula, podendo causar seu inchaço ou até mesmo ruptura devido à osmólise. A osmolaridade do solvente é menor que o citosol
PH E SISTEMAS
TAMPÃO BIOLÓGICOS
• Um tampão funciona mantendo o pH de uma solução em um nível relativamente constante.
• Quando um ácido ou base é adicionado a uma solução tampão, o ácido ou base irá reagir com o tampão, fazendo com que o ácido ou base seja neutralizado. Isso ocorre porque o tampão é composto por um ácido fraco e sua base conjugada correspondente.
• Quando o ácido é adicionado à solução, ele reage com a base conjugada, e quando a base é adicionada à solução, ele reage com o ácido fraco. Essa reação ajuda a manter o pH da solução em um nível relativamente constante.
ESTRUTURA E FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS
As grandes estruturas moleculares (ou supramoleculares) necessárias para a vida, são constituídas a partir de moléculas orgânicas chamadas de macromoléculas biológicas.
Existem quatro classes principais de macromoléculas biológicas: as proteínas, os carboidratos, os lipídios e os ácidos nucléicos.
> Cada uma dessas macromoléculas é formada por subunidades monoméricas.
> Essas subunidades são unidas entre si por ligações covalentes.
> Por outro lado, as macromoléculas que formam as estruturas supramoleculares estão unidas entre si por ligaçõesnão covalentes, que são ligações mais fracas.
As macromoléculas são componentes importantes da célula e executam uma ampla variedade de funções.
Na célula, elas compõem a maior parte da massa seca, sendo que água compõe a maior parte da massa completa de uma célula.
• As proteínas são as macromoléculas mais abundantes da célula e fundamentais para a estrutura e função celular.
> Algumas proteínas têm atividade catalítica e funcionam como enzimas capazes de quebrar ligações moleculares, reorganizar ligações ou formar novas ligações.
• Essas enzimas podem conter um componente não proteico chamado cofator, podendo ser uma coenzima ou vitamina que é necessário para o funcionamento adequado da
enzima.
AMINOÁCIDOS, PEPTÍDEOS E PROTEÍNAS
> As proteínas, tanto as de bactérias, como as achadas nos seres humanos, são constituídas principalmente pelos mesmos grupos de 20 tipos de aminoácidos.
> Porém, as diferentes combinações e arranjos de aminoácidos dão origem à vasta diversidade de proteínas encontradas em organismos vivos.
• Os aminoácidos possuem caráter anfótero, podendo se comportar como ácidos e bases fracas.
> Os aminoácidos são como moldes para a formação de proteínas, sem eles não há informações-bases para a sua formação.
> Os peptídeos são a união de dois ou mais aminoácidos através de uma ligação peptídica.
• Quando essas estruturas se unem e formam uma macromolécula, temos então a formação de uma proteína.
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
> As cadeias laterais (o grupo R) dos aminoácidos possuem diferentes propriedades químicas, como carga, tamanho e polaridade, que influenciam a maneira como os aminoácidos interagem entre si e com seu ambiente.
• Por exemplo, algumas cadeias laterais têm forte afinidade com a água e são hidrofílicas, enquanto outras não interagem bem com a água e são hidrofóbicas.
> Essas propriedades podem afetar a conformação geral da proteína, bem como sua função e interações com outras moléculas.
> Em geral, as cadeias laterais desempenham um papel crucial na determinação da estrutura e função das proteínas.
Os aminoácidos são então classificados em 5 grupos:
1. Grupo R alifáticos: tendem a se aglomerar no interior da molécula, onde participam em interações hidrofóbicas. São 7: alanina, glicina, leucina, isoleucina, metionina, prolina e valina;
2. Grupo R aromáticos: são relativamente hidrofóbicos. Absorvem luz ultravioleta. São 3: fenilalanina, tirosina e triptofano.
3. Grupo R polares, não carregados: são mais solúveis em água. São 5: asparagina, cisteína, glutamina, treonina e serina.
4. Grupo R carregado positivamente (básicos): hidrofílicos. São 3: arginina, histidina e lisina.
5. Grupo R carregado negativamente (ácidos): hidrofílicos. São 2: v aspartato e glutamato.
ESTRUTURA DAS PROTEINAS
Cada proteína apresenta uma composição de aminoácidos bem característica e que forma estruturas tridimensionais.
As estruturas das proteínas são comumente definidas em 4 níveis: 
1. primária, 2. secundária, 3. terciária e 4. Quaternária
Cada proteína possui uma sequência de aminoácidos que é única, porém não é sempre fixa, que confere uma característica polimórfica às proteínas, de forma que pequenas variações na sequência podem não alterar sua função.
> As mudanças na estrutura da proteína podem alterar a sua atividade biológica.
> A desnaturação é um processo de perda da estrutura tridimensional que pode resultar em perda da função sem romper as ligações peptídicas.
> Pode ser um processo irreversível ou reversível, e nesse último a proteína retorna ao seu estado original.
Os principais agentes desnaturantes são:
• A temperatura, pois o calor age nas interações fracas como ponte de hidrogênio. No entanto, algumas proteínas de arquibactérias evoluíram para funcionar em temperaturas de 1000C.
• O pH, que pode alterar a carga líquida das proteínas, causando repulsão eletrostática e rompendo ligações.
• Os solventes orgânicos, como o álcool e a acetona, que promovem alterações nas ligações hidrofóbicas.
• Os detergentes e solutos, como a ureia, que possuem baixo peso molecular e afetam a estabilidade das proteínas em solução aquosa.
• Agentes redutores, que desfazem ligações dissulfeto (S-S).
A alteração da estrutura tridimensional e da função de proteínas pode causar doenças.
O organismo atua para corrigir proteínas deformadas, direcionando-as para as vias de reciclagem (via UPR, do inglês Unfolded Protein Response) e/ou através das vias de degradação como autofagia e o sistema ubiquitina-proteoma (proteólise intracelular).
No entanto, o acúmulo dos agregados causa doenças como o Parkinson, o Alzheimer e a doença da vaca louca (doença do príon).
> Para que os processos ocorram de forma mais eficiente, existem potencializadores de reações que são as enzimas.
> Esse processo é muito importante, pois além de garantir uma solução mais econômica em se tratando de energia, proporciona uma agilidade maior diante dos inúmeros processos que ocorrem todos os dias no organismo vivo.
As enzimas são catalisadores biológicos, assim são capazes de acelerar as reações químicas na célula.
As enzimas funcionam diminuindo a energia de ativação necessária para que uma reação ocorra, o que permite que a reação ocorra de forma mais rápida e eficiente.
Essa função é essencial nos sistemas vivos, pois muitas reações na célula ocorreriam muito lentamente sem a ajuda de enzimas. Em alguns casos, a reação seria tão lenta que seria efetivamente impossível de acontecer.
FUNÇÃO DOS CATALISADORES ENZIMÁTICOS
> Um catalisador pode ajudar a reação a atingir o equilíbrio mais rapidamente, mas não pode alterar a constante de equilíbrio ou o estado de equilíbrio da reação.
> A energia livre de Gibbs (G) é um importante parâmetro termodinâmico que determina a viabilidade de uma reação química.
> Em sistemas biológicos, a energia livre de Gibos é frequentemente usada para prever a direção de uma reação e se ela prosseguirá até a conclusão ou chegará ao equilíbrio.
CINÉTICA ENZIMÁTICA
> A cinética enzimática determina a velocidade das reações químicas catalisadas pelas enzimas e quais os fatores que afetam a velocidade das reações enzimáticas.
• Temperatura e o pH. Isso porque as enzimas dependem de pH ótimo no qual a atividade catalítica seja máxima, sendo que atividade catalítica decresce em pH maior ou menor. O aumento da temperatura pode favorecer a velocidade das reações químicas. No entanto, algumas proteínas podem sofrer desnaturação e, assim, acarretar alteração na sua função. As enzimas podem ser inibidas de forma reversível ou irreversível.
• Os inibidores da atividade enzimática possuem um papel regulador no organismo e são também usados como agentes farmacêuticos.
A inibição reversível pode ser de 3 tipos:
01
Com inibidor competitivo, o inibidor tem estrutura similar ao substrato e compete pelo sítio ativo da enzima.
02
Com o inibidor não competitivo, o inibidor liga-se à um sítio ativo, que impede a formação do produto.
03
Com inibição mista, o inibidor liga-se tanto à enzima quanto ao complexo.
Inibidores irreversíveis
Os inibidores
irreversíveis inativam a enzima fazendo ligações estáveis, ou destroem um grupo funcional essencial para a ativação da enzima.
Os inibidores irreversíveis suicidas
inativam a enzima usando o próprio mecanismo de reação da enzima e são muito utilizados no planejamento de fármacos.
A penicilina é um antibiótico que faz inibição irreversível da enzima transpeptidase, a qual, por sua vez, confere a rigidez da parede bacteriana para evitar a lise osmótica.
> Os antibióticos mais potentes possuem em sua composição o ácido clavulônico, que é inibidor suicida das beta-lactamases.
- A penicilina inibe uma enzima chamada de transpeptidase, que atua na formação do peptidoglicano (importante componente da parede celular bacteriana). Essa inibição faz com que a penicilina provoque uma rápida lise (destruição da célula) e, consequentemente, morte das bactérias.
COENZIMAS E VITAMINAS
> Algumas enzimas necessitam de um componente químico ou grupo prostético denominado cofator.• São íons inorgânicos como Fe2+, Mg2+, Mn2+ e o Zn ou uma coenzima, que pode ser uma molécula orgânica ou metalogênica como as derivadas das vitaminas.
• As vitaminas são micronutrientes vitais que não são sintetizados de forma endógena, sendo obtida principalmente por meio da dieta.
• Existem dois grupos principais de vitaminas, as lipossolúveis, essas são mais facilmente armazenadas em gordura após a absorção e as hidrossolúveis, estas não ficam armazenadas e requerem ingestão regular para evitar a deficiência.
• A maioria das coenzimas são vitaminas ou são derivadas de vitaminas.
> As coenzimas estão também envolvidas em uma variedade de processos metabólicos no corpo humano.
> A coenzima NAD (nicotinamida adenina dinucleotídeo) desempenha um papel fundamental no processo de respiração celular para gerar energia para as células.
• Está envolvida em várias outras reações importantes no corpo, incluindo a degradação da glicose e a síntese de ácidos graxos.
• A coenzima FAD (flavina adenina dinucleotídeo) é outra coenzima que desempenha um papel fundamental no metabolismo. Está envolvida em várias reações importantes no corpo, incluindo a quebra de ácidos graxos e a produção de energia.
> As vitaminas lipossolúveis incluem as vitaminas A, D, E e K.
> As vitaminas lipossolúveis desempenham papéis essenciais em vários processos fisiológicos, como visão, saúde óssea, função imunológica e coagulação
> As vitaminas hidrossolúveis, incluem vitamina C e complexo de vitamina B (tiamina, riboflavina, niacina, ácido pantotênico, piridoxina, biotina, folato e cobalamina.
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