sistemas biológicos e a química de biomoléculas
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Sistemas biológicos e a química de biomoléculas
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Nelson, D.L. & Cox, M.M.. Lehninger Principles of Biochemistry, 4th Ed.
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O que a bioquímica estuda?
A bioquímica descreve, em termos moleculares, as estruturas, mecanismos e
processos químicos compartilhados por todos os organismos vivos, e propõe
princípios organizatórios que são comuns a todas as distintas formas de vida....
Nelson, D.L. & Cox, M.M.. Lehninger Principles of Biochemistry, 4th Ed.
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Mas se nós estamos interessados em “sistemas” vivos, como definimos esses sistemas?
Organismos vivos (obrigatoriamente) apresentam:
1. Alto grau de complexidade química e organização estrutural
2. Sistemas para extrair e converter energia do ambiente
3. Capacidade para auto-replicação e auto-montagem
4. Mecanismos para perceber e responder a alterações no ambiente
5. Funções definidas para cada componente e interações reguladas entre
eles
6. Historia de mudança evolutiva
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A maioria dos organismos vivos são organismos celulares, que apresentam estruturas distintas
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Todos os organismos celulares são classificados em filos, de acordo com características comuns
pro
cari
oto
s eu
carioto
s
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As células são compostas de estruturas complexas......mas
Quimicamente, os componentes básicos são moléculas pequenas e simples
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http://expasy.org/cgi-bin/show_thumbnails.pl
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Nelson, D.L. & Cox, M.M.. Lehninger Principles of Biochemistry, 4th Ed.
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Biomoléculas são constituídas essencialmente de C, H, O e N
99% da massa da maioria das células
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O elemento carbono representa mais da metade do peso seco de organismos vivos
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A ligação de grupamentos com outros átomos ao carbono “cria” grupos funcionais, com propriedades químicas distintas
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Mas uma mesma biomolécula pode ter vários grupos funcionais distintos
Do ponto de vista de interações moleculares, qual o resultado desta diversidade de grupos funcionais?
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A conformação espacial das biomoléculas também é essencial para sua função em um sistema biológico
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Estereoisômeros (geométricos):
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Isômeros óticos: enantiomeros e diastereomeros:
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A maior parte das biomoléculas são polímeros formados pela ligação de unidades monoméricas simples
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Esses poucos blocos essenciais criam uma diversidade molecular infinito
1. Genoma humano: 3 x 109 nucleotídeos, que codificam cerca de 3 x 105 genes distintos e mais um numero ainda não quantificado de RNAs não codificadores
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2. Proteoma humano: só uma organela, como a mitocôndria, contem entre 800-1200 proteínas distintas
Fig. 2 Functional classification of the mitochondrial proteome from S. cerevisiae (851 independent hits) (modified from Sickmann et al., PNAS 2003)
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3. Analises de metaboloma permitem identificar mais de 20.000 compostos de baixo peso molecular
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Quais interações mantêm as estruturas das biomoléculas?
1. Os monômeros são ligados por ligações covalentes
Ou seja, ligações muito fortes, que para serem quebradas necessitam de muita energia
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2. Interações entre macromoléculas são, na grande maioria, não covalentes: a) Interações iônicas b) Ligações de hidrogênio c) Interações hidrofóbicas d) Ligações de van der Walls
Ou seja, ligações mais fracas do que as covalentes, e que portanto necessitam de menos energia para serem quebradas
Resultado: maior plasticidade molecular
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Manter essa alta organização molecular dos sistemas biológicos requer energia
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Mas o que permite e executa todas essas características únicas?
Função do complemento molecular de cada célula e de todas
as interações entre as moléculas do sistema, e da
compartimetalização espacial de cada conjunto de moléculas.
BIOQUÍMICA
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Sistemas biológicos são altamente organizadas.....isso requer energia para manter essa organização
Organismos vivos são sistemas abertos; trocam energia e matéria com o ambiente
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As reações químicas que armazenam e removem energia em organismos vivos são altamente conservadas
É o fluxo de elétrons, da água a glicose, e de glicose a O2, que faz com
que a energia captada do sol fique disponível aos organismos
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Alguns princípios de Bioenergética:
G = a quantidade de energia necessária para uma reação em temperatura e pressão constantes H = entalpia, função do numero e tipo de ligações químicas envolvidas na reação S = entropia, ou grau de desorganização da energia em um sistema reacional
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ΔG = variação de energia livre de um sistema reacional ΔG0 = ΔG de uma reação acontecendo em condições “standard” (T 298K = 25°C; [ ] substratos e produto = 1 M ΔG0’ = ΔG0 em pH 7 [H+] = 10-7 M
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Muitas reação biológicas são endergônicas....como elas acontecem in vivo?
Acoplamento energético
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Adenosina trifosfato é a grande “moeda energética” da célula
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Mais recursos: Chapter 1: The foundations of Biochemistry Nelson & Cox, Lehninger Principles of Biochemistry, 4th ed. Sobre a termodinâmica da vida: http://www.intothecool.com/