Ciência que estuda a química da vida (características dos ... · 1 - Complexidade química e...
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Ciência que estuda a química da vida
(características dos seres vivos)
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1 - Complexidade química e organização microscópica
Elementos químicos comuns C, O, N, H e P
Grande diversidade das biomoléculas/ poucas unidades
fundamentais (monômeros)
Hierarquia estrutural das células
Características dos seres vivos
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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
E como existe tanta diversidade entre os seres vivos?
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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 variação no arranjo das unidades
monoméricas → variedade nas
moléculas ....características e
diversidade
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2 - Possuem sistemas para a
extração, transformação e uso da
energia do meio em que vive
3 - Capacidade de se
replicar e viver em grupo
DNA DNA
RNA
Proteína
replicação
transcrição
tradução
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4 - Possuem mecanismos de perceber e responder a alterações do meio
5 - Possuem capacidade de definir funções para seus componentes e regular a interação entre eles.
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Bioquímica área da ciência que
estuda a estrutura das biomoléculas,
suas propriedades e como elas
interagem para conferir as
características dos seres vivos
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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
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87% Maior massa é de
carbono, nitrogênio,
oxigênio e hidrogênio
Existe a participação
de vários outros
elementos em
pequena quantidade
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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
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Forma ligações covalentes simples com o H
Forma ligações covalentes simples e duplas com o O
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Forma ligações covalentes simples e duplas com o N
Além disso.......
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Ligações entre átomos de C
(tripla é rara nas biomoléculas)
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Conformação
arranjo tridimensional específico dos
átomos que formam uma molécula
A estrutura tridimensional
(conformação) das biomoléculas está
relacionada com suas características
e funcionalidade
Diversidade de ligação dos atomos de carbono
proporcionam distribuição atomica espacial importante
para as biomoléculas
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Átomos de Carbono - Geometria tetraédrica
Núcleo dos átomos das ligações com o C não estão
em um mesmo plano, apresentam um arranjo
tetraédrico
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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
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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
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Os átomos de C das biomoléculas formam cadeias lineares,
ramificadas ou cíclicas, com ligações simples e duplas
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A configuração dos átomos das moléculas
biológicas é importante para a suas atividades
Disposição diferente de ligantes ao redor do átomo de C
podem originar moléculas diferentes
isômeros geométricos e isômeros ópticos ou
estereoisômeros
Presença de dupla
ligação
Presença de carbono
assimétrico
•As moléculas biológicas possuem formas isoméricas
não podem ser convertidas sem a quebra de ligação
•Possuem características físicas e biológicas
diferentes
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Isômeros geométricos ou cis-trans
Diferem no arranjo de seus grupos com relação a uma dupla
ligação
Feromônio sexual produzido pela mosca-doméstica (CIS)
Composto produzido por pesquisador (TRANS)
Sem efeito sobre o macho
H3C —(CH2)7 —CH = CH—(CH2)12— CH3
Feromônio sexual produzido pela moca-
doméstica
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Isômeros ópticos ou Estereoisômeros
Um átomo de carbono
com quatro ligantes
diferentes (carbono
assimétrico ou centro
quiral) - duas
configurações que
são imagem especular
entre si.
Moléculas biológicas podem ter mais que um centro
quiral e portanto vários isômeros (enantiômeros e
diasterômeros) – 2n (número de carbonos assimétricos)
Espelho
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Quantos isômeros tem
2 carbonos assimétricos = 22 isômeros
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Ervas usadas na culinária
Óleos essenciais utilizados na indústria
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Ao esqueleto de C das biomoléculas podem
ser adicionados grupos com outros átomos
que vão contribuir para as propriedades
químicas das molécula.
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
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1 - Hidrocarbonetos
Metil
Etil
Fenil
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2 - Grupos com oxigênio
carbonila
aldeído cetona
carboxila
anidrido
( 2 carboxilas)
alcool - hidroxila
éter
éster
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3 - Grupos com nitrogênio
amina
amida
guanidina
imidazol
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4 - Grupos com enxofre
sulfidrila
dissulfeto
tioester
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5 - Grupos com fósforo
fosforila
fosfoanidrido
acilfosfato
(anidrido misto, acido carboxilico
mais acido fosforico)
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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 - conformação
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Os grupos funcionais também são
importantes porque eles é que vão
determinar as interações químicas da
molécula com o ambiente
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A água constitui uma grande proporção
do organismos vivos (70% massa)
Molécula dipolar – arranjadas ordenadamente
através de ligações de hidrogênio
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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)
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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
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Óleo possui moléculas sem grupamentos
capazes de formar ligações de hidrogênio com
a água (triglicerídeos)
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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 (cargas + e -)
Importantes para a manutenção da
estrutura tridimensional das
moléculas e suas funções biológicas
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Estrutura e função das biomoléculas
• Carboidratos (Açúcares) • Proteínas (Enzimas) • Lipídeos (Gorduras)
• Ácidos Nucleicos (DNA/RNA)