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Introdução à Bioquímica: 
A Lógica Molecular da Vida
Raquel Benevides
A Lógica Molecular da Vida
Introdução
Fundamentos Celulares
Fundamentos Químicos
Fundamentos Físicos
Fundamentos Genéticos
1. Introdução
A Lógica Molecular da Vida
Bioquímica
Todos os sistemas vivos, do mais simples ao mais complexo, dependem de reações químicas fundamentais à sua sobrevivência. 
Os organismos crescem e reproduzem-se através da multiplicação celular, mas de onde provêm os constituintes das células?
 
Como os nutrientes absorvidos por um organismo são transformados em tecidos tão diversificados, como músculos ou o sangue? 
E como podem organismos tão pequenos como uma única célula ter uma vida independente?
Bioquímica
A Bioquímica pode ser definida como o estudo da química de organismos vivos e da química relacionada com estes.
A Bioquímica incorpora todas as interações existentes da menor molécula biológica à maior célula existente
A Bioquímica é a Química da Vida
Bioquímica
O que distingue os organismos vivos dos objetos inanimados?
1. Alto grau de complexidade química e organização;
2. Sistemas para extração, transformação e uso 
de energia do ambiente;
3. Capacidade para auto-replicação e automontagem
4. Responder a alterações em seu meio ambiente
A Lógica Molecular da Vida
Se os organismos vivos são compostos de moléculas intrinsecamente inanimadas, como podem essas moléculas exibir a extraordinária combinação de características que chamamos vida?
A Lógica Molecular da Vida
Bioquímica descreve em termos moleculares as estruturas, os mecanismos e os processos químicos compartilhados por todos os organismos vivos, e fornece os princípios organizacionais que fundamentam a vida em todas as suas diferentes formas, princípios esses que são coletivamente referidos como “A Lógica Molecular da Vida”
A Lógica Molecular da Vida
Fundamentos Celulares
Fundamentos Químicos
Fundamentos Físicos
Fundamentos Genéticos
Fundamentos Evolucionários
2. Fundamentos Celulares
A Lógica Molecular da Vida
Fundamentos Celulares
Células: são as unidades estruturais e funcionais de todos os seres vivos (1 a 100 μm).
Eucariotos: são células que possuem envelope nuclear (carioteca).
Procariotos: são células desprovidas de envelope nuclear (carioteca), não possuem organelas envoltas por membranas (ex.: mitocôndrias, lisossomos, retículo endoplasmático etc.).
Filogenia dos Três Grandes Domínios da Vida
Classificação dos Organismos segundo Fonte de Energia e Fonte de Carbono
A teoria da abiogênese diz que a vida pode sim, surgir da matéria não-viva, mas em condições muito especiais, como as da Terra primitiva.
Essa idéia foi testada em 1953 por Miller e Urey 
Surgimento da Vida: Teoria da Abiogênese
Na atmosfera primitiva, havia vários gases expelidos por vulcões, dentre eles: N2, H2O, CH4, H2, NH3. Esses gases eram constantemente bombardeados por raios e pela radiação solar, que quebravam essas moléculas e as reagrupavam formando cadeias cada vez maiores, até formar os compostos orgânicos, a matéria que forma o corpo dos seres vivos.
Mundo de RNA
Evolução das Células Eucarióticas
Características estruturais celulares: Eucariota x Procariota
Membrana Plasmática
Citoplasma
Núcleo ou nucleóide
Ribossomos
Organelas
Célula Procariótica
Organelas celulares em Eucariotas
Retículo endoplasmático liso: síntese de lipídeos;
Retículo endoplasmático rugoso: sítio de síntese de proteínas;
Complexo de Golgi: processamento, empacotamento e endereçamento de proteínas para outras organelas ou para exportação;
Lisossomos: degrada resíduos celulares;
Organelas celulares em Eucariotas
Vacúolos: degrada e recicla macromoléculas, osmoregulação (armazena metabólitos);
Mitocôndrias: oxidação para produção de ATP;
Cloroplastos: captação de luz solar, produção de ATP e de carboidratos.
Citoesqueleto : São filamentos protéicos que cruzam a célula. São responsáveis pelos movimentos na célula e dão apoio mecânico e sustentação as organelas
Núcleo
R.E.L.
R.E.R.
C. Golgi
Mitocôndria
Lisossomo
Célula Eucariótica Animal
Núcleo
R.E.L.
R.E.R.
C. Golgi
Mitocôndria
Cloroplasto
Vacúolo
Parede
celular
Célula Eucariótica Vegetal
Mitocôndria 
Cloroplasto
Vírus: Ser Vivo ou Não?
Água e Minerais
Carboidratos
Proteínas
Lipídios
Ácidos Nucléicos
O segredo da vida!
Constituintes Bioquímicos da Célula
Hierarquia estrutural na organização 
molecular das células
3. Fundamentos Químicos
A Lógica Molecular da Vida
Em laranja: Componentes estruturais de células e tecidos; são requeridos diariamente na dieta (gramas).
Em amarelo: São requeridos em pequenas quantidades diariamente. Para humanos: poucas miligramas por dia; Ex: Fe, Cu, Zn e outros.
Fundamento Químicos
A versatilidade do átomo de carbono
Tetravalente;
As ligações formam um arranjo tetraédrico;
Rotação livre em volta de cada ligação simples e fixa nas ligações duplas
As biomoléculas são compostos de carbono com uma variedade de grupos funcionais
Vários grupos funcionais em uma biomolécula
a) Fórmula estrutural
b) Modelo bola e bastão
c) Modelo espacial
Representação de moléculas
Molécula quiral
 Carbono ligado a quatro grupos diferentes
Molécula aquiral
Carbono ligado a pelo menos duas moléculas iguais
Assimetria Molecular
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 Enantiômeros: São imagens especulares 
 Diasterômeros: Não são imagens especulares
Isômeros Espaciais ou Estereoisômeros
Configurações de isômeros geométricos
Contorções
4. Fundamentos Físicos
A Lógica Molecular da Vida
Leis da Termodinâmica
Primeira lei: Lei da conservação de energia: Numa modificação química ou física, a quantidade total de energia no universo permanece constante, embora a forma de energia possa mudar
As células são transdutoras de energia: capazes de converter energia química, eletromagnética, mecânica e osmótica com muita eficiência (funcionam a temperatura constante) 
Segunda lei: Lei da Entropia: Em todos os processos naturais a entropia do universo aumenta
Definição rigorosa de entropia: Qualitativamente pode ser descrita como “desordem” ou “caos” manifestada de várias maneiras 
Fundamento Físicos
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Bioenergética e Termodinâmica
Os organismos vivos violam a 2ª lei???
ORGANISMOS VIVOS SÃO ALTAMENTE ORDENADOS, IMENSAMENTE RICOS EM INFORMAÇÃO E, ENTÃO POBRES EM ENTROPIA…
Meio
Seres vivos são sistemas abertos, que trocam matéria (nutrientes e produtos de excreção) e energia (do metabolismo) com seu meio e nunca estão em um completo equilíbrio ;
Organismo + meio = universo
Entropia do universo 
Universo
Energia
Matéria
Ser Vivo
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Os organismos vivos existem em um estado de equilíbrio dinâmico com o meio e para manter esse equilíbrio eles precisam realizar trabalho e, para isso, necessitam de energia.
A composição iônica de um peixe em um lago é diferente daquela do meio onde se encontra 
Quando o peixe morre ocorre sua decomposição, perde a capacidade de manter gradientes iônicos
Fundamento Físicos
Energia Livre (G):
A fração de energia disponível para realizar trabalho = energia livre de Gibbs (G).
Ela é sempre menor do que a energia teoricamente liberada. Uma parte é dissipada como calor
A energia que a célula pode e deve usar é a Energia Livre de Gibbs (G): prediz a direção da reação e a quantidade de trabalho 
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Algumas interconversões de energia em organismos vivos
ΔG>0 
Reação endergônica
Não espontânea
Absorção de energia
ΔG5. Fundamentos Genéticos
A Lógica Molecular da Vida
Transferência da Informação Biológica
Fundamento Genéticos
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DNA – Ácido desoxirrobonucléico
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Transcrição
Tradução
Complexo 
supramolecular
A informação contida no DNA é expressa na forma de proteínas 
Interações não-covalentes
Pontes de Hidrogênio
Interações Iônicas
Interações Hidrofóbicas
Interações de Van der Waals
Características das Interações não-covalentes: 
-Individualmente Fracas;
-Natureza transiente.
Estabilização da estruturas tridimensionais das biomoléculas
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Papel das mutações
O acúmulo gradual de mutações durante longos períodos de tempo resulta em novas espécies biológicas, cada uma com uma sequência única de DNA.
Papel das mutações
Vírus
Bactérias
Fungos
Vegetais
Animais
DNA 
Bioquímica x Biodiversidade
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Resumo dos Princípios da Lógica Molecular da Vida
Uma célula viva é um sistema isotérmico de macromoléculas que se autocontém, monta, ajusta e perpetua, e que extrai energia do meio ambiente
A célula usa essa energia para manter um estado estacionário dinâmico, distante do equilíbrio com seu meio ambiente
As várias transformações químicas dentro de uma célula são organizadas em uma rede de via de reações, promovidas em cada etapa por catalisadores específicos (enzimas / regulação da atividade)
Resumo dos Princípios da Lógica Molecular da Vida
A autoreplicação através de muitas gerações é conseguida pelo sistema linear de codificar a informação, que é autoreparável
Muitas interações fracas, não covalentes, agindo cooperativamente, estabilizam as estruturas tridimensionais das biomoléculas e dos complexos supramoleculares, permitindo flexibilidade suficiente para ações biológicas
Gratiluz!
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