Aula 2

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INTRODUÇÃO GERAL A BIOQUÍMICA
Bioquímica
Questão Norteadora
O organismo vivo é constituído por átomos de carbono que constitui a metade do peso seco das células. Os átomos formam cadeias unidas entre si e podem estar associados a outros grupos químicos denominados grupos funcionais, os quais atribuem propriedades químicas específicas à biomolécula. Os seres vivos são universalmente construídos pelas mesmas famílias de macromoléculas biológicas: as proteínas, os carboidratos, os lipídeos. 
Como podemos diferenciar os carboidratos, lipídeos e proteínas? De quais fontes podemos obter essas macromoléculas?
Organização dos seres vivos
O que é átomo?
É a unidade fundamental da matéria, constitui a menor partícula de um elemento. 
O átomo é composto de um núcleo central contendo prótons (com carga positiva) e nêutrons (sem carga). Os elétrons (com carga negativa e massa insignificante) revolvem em torno do núcleo em diferentes trajetórias imaginárias chamadas órbitas.
Ligações químicas
Ligações entre os átomos: 
Formam moléculas:
Unem moléculas:
As ligações químicas formam-se para aumentar a estabilidade dos átomos.
Ligações químicas
As moléculas têm mais estabilidade que os átomos isolados.
Tipos de ligações químicas
Ligações covalentes: estão envolvidas na formação das biomoléculas. Ocorre entre não-metais e/ou hidrogênio, com compartilhamento de elétrons da última camada.
Ligações não covalentes: são forças fracas, fundamentais para a manutenção das estruturas das biomoléculas, bem como nas suas interações moleculares no ambiente celular (ex: ligação do substrato à estrutura do sítio ativo da enzima). Elas diferem em geometria, força e especificidade. Além disso, estas ligações são profundamente afetadas de diferentes modos pela presença de água.
Força de van der Waals 
Dipolo – Dipolo
Ligação de hidrogênio
Interações hidrofóbicas 
Ligações Covalentes
Ocorre entre não-metais e/ou hidrogênio, com compartilhamento de elétrons da última camada.
Forma as moléculas.
 Ex.: H2O, O2
Eletronegatividade
É a capacidade que o átomo do elemento tem de atrair elétrons, quando estes estão compartilhados com outros átomos.
Eletronegatividade
As ligações covalentes entre os átomos podem ser:
Polares ou hidrofílicas: É formada por átomos que apresentam diferença entre os valores de eletronegatividade maior que 0,5. O átomo com maior eletronegatividade atrai os elétrons compartilhados para ele e fica com carga elétrica parcial negativa (ânion), enquanto o outro átomo, menos eletronegativo, fica com carga parcial positiva (cátion). A ligação é solúvel em água.
Apolares ou hidrofóbicas: É quando é feita com átomos que apresentam o mesmo valor de eletronegatividade ou quando a diferença de eletronegatividade é menor que 0,5. Neste caso não ocorre a formação de polos elétricos e a ligação é insolúvel em água.
Ligações não covalentes
Forças de Van der Waals (intensidade fraca): também conhecidas como Força de London, dipolo-induzido ou força de dispersão;
Numa molécula apolar, no instante em que a sua nuvem eletrônica estiver mais deslocada para um dos polos da molécula, pode-se dizer que se formou um dipolo instantâneo que gera uma pequena força intermolecular de atração. Ou seja, por um pequeno período aparecem dois polos na molécula.
Ex.: H2, Cl2, N2 (liquefeitos)
Ligações não covalentes
Dipolo – Dipolo (intensidade moderada): essas forças são 20 vezes mais fortes que as de Van der Waals;
Ocorrem em moléculas polares que possuem dipolos elétricos permanentes, que se atraem, o lado positivo do dipolo de uma molécula atrai o lado negativo do dipolo da outra molécula.
Ex.: HCl, HBr, H2S
Ligações não covalentes
Ligações de Hidrogênio: ocorrem entre átomos de H, e dois ou mais átomos (geralmente O e/ou N), de forma que o hidrogênio sirva de "elo" entre os átomos com os quais interage.
H
Ligações de Hidrogênio
São comuns em sistemas biológicos, fazendo as ligações entre as biomoléculas.
Ligações de Hidrogênio
Mantém a estabilidade de biomoléculas.
Ligações não covalentes
Interação hidrofóbica
Interação hidrofóbica
Biomoléculas
São compostos de estrutura simples, presentes nos seres vivos e essenciais aos processos vitais.
Formadas predominantemente pelos seguintes átomos:
C = carbono H= hidrogênio O = oxigênio N = nitrogênio 
Bio = vida
Molécula = união de dois ou mais átomos.
Biomoléculas = moléculas de importância biológica.
Biomoléculas 
Organismos vivos são compostos por cerca de 27 elementos químicos.
Acima de 99% da massa da maioria das células são compostas pelos elementos principais.
Carbono 
O carbono (Z=6, A=12) é um átomo pequeno, com quatro elétrons em camada mais externa, que permite participar do compartilhamento com outros quatro átomos.
Os elétrons externos do carbono estão arranjados ao redor do núcleo como um tetraedro, uma pirâmide com faces triangulares.
Carbono 
Uma das mais importantes propriedades do átomo de carbono é a sua capacidade em formar ligações covalentes com outros átomos de carbono para formar cadeias ou anéis que são a base das macromoléculas.
Os átomos de carbono, quando ligados um ao outro por ligações simples, tem a capacidade de girar livremente, a menos que estejam restritos por grupos muito grandes ou cargas elétricas.
A rotação permite a uma molécula orgânica assumir diferentes formas chamadas conformações.
Carbono 
As ligações duplas entre dois átomos de carbono:
São mais curtas que as ligações simples.
Apresentam rotação limitada.
São mais rígidas (importante em grandes moléculas).
Variam o ângulo entre dois elétrons, afetando a conformação da molécula. Isso tem um grande impacto sobre a atividade biológica da molécula, que muitas vezes envolve uma interação dependente da conformação de outras moléculas.
Moléculas biológicas
São esqueletos de átomos de carbono ligados covalentemente entre si para formar cadeias longas, ramificadas ou lineares ou, ainda, anéis de hidrocarbonetos.
Os átomos de hidrogênio que estão ligados aos átomos de carbono podem ser substituídos por N, O e S para formar uma grande variedade de grupos funcionais, resultando em uma grande gama de compostos químicos encontrados nas moléculas biológicas.
As moléculas biológicas muitas vezes contêm mais que um grupo funcional e são denominadas poli funcionais.
Grupos funcionais
São átomos ou grupo de átomos que substituem em um ou mais átomos de hidrogênio ligados ao carbono.
Esse grupo confere reatividade à molécula orgânica.
Funções orgânicas
São grupos de compostos orgânicos com estruturas químicas semelhantes e, consequentemente, comportamento químico similar.
Grupos funcionais e funções orgânicas
(ácido carboxílico)
(hidrocarbo-neto)
(composto aromático)
(hidrocarbo-neto)
(imidazol)
(acilfosfato)
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As biomoléculas são polifuncionais
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Estereoquímica 
A estereoquímica é a parte da Química que estuda a estrutura tridimensional das moléculas, ou seja, o arranjo espacial dos átomos nas moléculas.
Este conhecimento é fundamental em Bioquímica, uma vez que a função que essa molécula desempenhará no ambiente celular dependerá de sua forma (as moléculas orgânicas apresentam estruturas químicas bem definidas).
FORMA = FUNÇÃO
Enantiômeros ou isômeros ópticos
Quando um átomo de carbono faz ligações químicas com quatro grupos funcionais diferentes resulta em estruturas tetraédricas diferentes.
As moléculas com composições idênticas, mas com diferentes estruturas (formas), são chamadas isômeros.
Quiralidade
Isômeros são imagens especulares (ou de espelho) que não se sobrepõem. Para uma molécula apresentar essa característica ela deve ter carbono assimétrico ou QUIRAL.
	QUIRAL	AQUIRAL
		
Quiralidade 
Carbono assimétrico ou QUIRAL: faz ligação covalente com quatro grupos químicos diferentes.
Carbono simétrico ou AQUIRAL: faz ligação covalente com, pelo menos, dois grupos químicos idênticos.
 Obs.: Esta classificaçãosó vale para Carbonos em que só existam ligações simples!!!
Configuração 
Configuração: é o arranjo espacial dos átomos em uma molécula assimétrica.
Configuração absoluta: é quando a estrutura da molécula orgânica é comparada à configuração dos isômeros D- e L- do gliceraldeído (molécula de referência).
Levógiro 
(do latim laevus, esquerda):
giro da luz para esquerda 
indicado por ( - )
Dextrógiro
(do latim dexter, direita): 
 giro da luz para direita indicado por ( + ) 
Importância 
Os centros quirais são de grande importância biológica pois um grande número de moléculas são seletivas quanto a quiralidade, por exemplo, virtualmente todas as proteínas e polissacarídeos dos organismos superiores são compostos por L-aminoácidos e D-monossacarídeos, respectivamente.
Esta seletividade é devida à estabilidade adicional que estas configurações conferem às moléculas poliméricas.
POLÍMEROS BIOLÓGICOS
Muitas moléculas biológicas são macromoléculas (polímeros) de alto peso molecular montados a partir de precursores mais simples.
A síntese de macromoléculas é a atividade que mais consome energia das células.
MONÔMEROS
POLÍMEROS
Do grego mono, um, único e mero, parte.
Do grego poli, vários e mero, parte.
POLÍMEROS BIOLÓGICOS
Todos os organismos vivos têm os mesmos tipos de subunidades monoméricas que, além da formação de macromoléculas, exercem também várias funções biológicas.
Exemplos:
	Monômeros	Polímeros	Funções 
	Aminoácidos	Peptídeo e proteínas	Estruturais, enzimas, transporte, hormônios, regulação gênica, proteção e toxinas.
	Monossacarídeo
	Polissacarídeo	Estrutural e armazenamento de energia.
	Pequenas moléculas de lipídeos	Grandes moléculas de lipídeos	Componente estrutural das membranas, armazenamento de energia, hormônios, vitaminas, proteção, material isolante
	Nucleotídeo	Ácidos nucleicos	Armazenam, transmitem e transcrevem a informação genética.