Transcript BIOQUÍMICA CELULAR - Docente

Componentes
químicos das células
Profª Marília Scopel Andrighetti
BIOQUÍMICA
PRINCIPAIS ELEMENTOS QUÍMICOS DA MATÉRIA
VIVA:
• C, H, O, N, P, S, Ca, Fe, Na, K, Cl.
•Nas células existe predominância dos compostos de
carbono, cujas propriedades químicas são mais
adequadas à vida.
• Características do “C”: pequeno raio atômico,
capacidade de fazer duplas ligações, versatilidade para
formar uma, duas, três ou quatro ligações.
BIOQUÍMICA
Constituintes da Matéria Viva:
• Inorgânicos – água e sais minerais.
• Orgânicos – proteínas, lipídios, carboidratos,
enzimas, vitaminas, ácidos nucléicos, hormônios.
LIGAÇÕES QUÍMICAS
menor partícula de um elemento que ainda
retém propriedades características do elemento.
 Átomo
 Molécula
agrupamento de átomos.
MACROMOLÉCULAS
 Polímeros formados por unidades repetitivas (monômeros)
mantidas unidas por ligações covalentes.
 Proteínas (aa), polissacarídeos (monossacarídeos), ácidos
nucléicos (nucleotídeos).
 Desempenham muitas das mais importantes funções das
células.
 Macromoléculas
para formar
glicoproteínas
polissacarídeos)
proteínas).
de diferentes tipos podem se associar
complexos como as lipoproteínas,
e
proteoglicanas
(proteínas
+
e as nucleoproteínas (ác. nucléicos +
ÁGUA
Características:
1. molécula bipolar (H+ e O-)
2. alta tensão superficial.
3. alto ponto de ebulição.
4. elevado calor específico (grandeza física que
define a variação térmica de determinada
substância ao receber calor – caracteriza uma
substância).
.
ÁGUA
Funções:
solvente universal
• veículo de transporte de substâncias
• reações de hidrólise
• manutenção da temperatura
estabilização de colóides* celulares.
•
*mistura na qual uma ou mais substâncias se encontram
uniformemente disseminadas numa outra substância, sob a forma de
pequenas partículas, formadas por agregados de moléculas. Um
sistema coloidal apresenta, assim, dois componentes: o meio
disperso e o meio dispersante.
ÁGUA
• Moléculas polares são hidrofílicas, têm afinidade
pela água (hidratos de carbono, ácidos nucléicos,
proteínas) e moléculas apolares são hidrofóbicas,
repelem a água (lipídios).
•Moléculas anfipáticas apresentam uma região
hidrofílica e outra hidrofóbica, podem associar-se
simultaneamente com a água e com compostos
hidrofóbicos.
• Pontes de hidrogênio ocorrem devido ao uso em
comum de um átomo de hidrogênio por radicais
diferentes. Ligação fraca que permite alterar, montar
e desmontar estruturas supramoleculares.
SAIS MINERAIS
Encontrados na matéria viva:
• forma iônica: dissociados na água formando
soluções intra e extracelulares.
- principais cátions: Na, K, Ca e Mg.
- principais ânions: Cl-, HCO3-, PO4-3, NO3-3 .
- Exemplo: líquidos intracelulares – alta concentração
de K+, Mg++ e PO4-3 e baixa concentração de Cl- e
HCO3-.
SAIS MINERAIS
Encontrados na matéria viva:
• forma cristalina: constituindo estruturas
esqueléticas (ossos, casca de ovos, conchas,
carapaças, espículas, etc.), unhas e chifres.
• componentes de substâncias orgânicas:
hemoglobina, clorofila, nucleotídeos, etc.
SAIS MINERAIS
Funções:
• equilíbrio osmótico, distribuição elétrica
(membrana), ativação de enzimas, formação de
estruturas esqueléticas.
Origem:
• absorção ou ingestão de alimentos.
SAIS MINERAIS
PRINCIPAIS EXEMPLOS
• cálcio – catalisador de reações – contração
muscular, regeneração de membranas celulares,
coagulação sanguínea, componente importante de
ossos e dentes. (figura)
• fósforo – formação de nucleotídeos, formação do
ATP.
• enxofre – radical prostético de muitas proteínas
celulares.
SAIS MINERAIS
PRINCIPAIS EXEMPLOS
• potássio – principal cátion do interior da célula;
contração muscular e atividade dos nervos.
• cloro – principal ânion do líquido extracelular,
manutenção do pH no balanço de líquidos do corpo.
• sódio – principal cátion do líquido extracelular,
condução do impulso nervoso.
SAIS MINERAIS
PRINCIPAIS EXEMPLOS
• cobre – componente de enzimas, essencial
para a síntese de hemoglobina.
• iodo – hormônios da tireóide (estimulantes
do organismo).
• cobalto – vitamina B12, produção de
hemáceas.
SAIS MINERAIS
PRINCIPAIS EXEMPLOS
• manganês – ativador enzimático.
• magnésio – ativador enzimático, funcionamento de
nervos e músculos, presente na clorofila. (figura)
• ferro – hemoglobina, mioglobina, enzimas
respiratórias, respiração celular.
SAIS MINERAIS
PRINCIPAIS EXEMPLOS
• flúor – ossos e dentes, protege contra cáries.
(figura)
• zinco – formação de enzimas.
GLICÍDIOS, CARBOIDRATOS, HIDRATOS
DE CARBONO OU AÇÚCARES
Polissacarídeos
monossacarídeos
químicos:
são
polímeros
de
formados pelos grupos
• Aldeído – CHO
• Cetona - C = O
GLICÍDIOS, CARBOIDRATOS, HIDRATOS
DE CARBONO OU AÇÚCARES
Classificação:
• Monossacarídeos – mais simples, menor peso
molecular e solúveis em água, fórmula geral (CH2O)n.
Podem ter:
3C – trioses.
4C – tetroses.
5C – pentoses (ribose e desoxirribose).
6C – hexoses (glicose, frutose, galactose).
7C – heptoses.
Classificação:
• Oligossacarídeos – os principais são os:
• dissacarídeos – resultam da ligação de dois
monossacarídeos através de uma ligação glicosídica.
Fórmula geral: Cn (H2O)n-1.
-Sacarose – glicose + frutose; em muitos vegetais;
abundante na cana-de-açúcar e na beterraba; papel
energético.
-Lactose – glicose + galactose; encontrado no leite,
papel energético.
- Maltose – glicose + glicose; em alguns vegetais,
resultado parcial da digestão do amido nos animais;
papel energético.
GLICÍDIOS, CARBOIDRATOS, HIDRATOS
DE CARBONO OU AÇÚCARES
Classificação:
• Polissacarídeos – macromoléculas resultantes da
união de muitos monossacarídeos (glicose); fórmula
geral: (C6H10O5)n.
Classificação:
-De reserva: Amido - (mais de 1400 resíduos de
glicose) , em raízes, caules e folhas; forma de
armazenagem do excesso de glicose produzida na
fotossíntese ; Glicogênio – (mais de 30000 resíduos
de glicose), no fígado e nos músculos; reserva
energética dos animais.
- Estruturais – Celulose – (mais de 4000 resíduos de
glicose), componente esquelético da parede das
células
vegetais
(reforço);
carboidrato
mais
abundante da natureza; Quitina – exoesqueleto dos
artrópodos.
LIPÍDIOS
Ésteres de ácidos graxos e álcool.
LIPÍDIOS
• Funções:
- estrutural (plástica).
– formação de membranas.
- energética – reserva de energia.
- hormonal – hormônios sexuais.
- isolante elétrico – bainha de mielina.
- isolante térmico – contra a perda de calor.
- impermeabilização de superfícies.
LIPÍDIOS
Classificação :
LIPÍDIOS SIMPLES
Glicolipídios – glicídio + glicerol + ác.graxo.
Funções: reserva energética de animais e vegetais.
(a) gorduras – sólidas em temperatura ambiente,
principalmente de origem animal (isolante
térmico).
(b) óleos – líquidos em temperatura ambiente;
principalmente de origem vegetal.
glicerol
LIPÍDIOS
Classificação :
LIPÍDIOS SIMPLES
• Cerebrosídeos – (ceras) esfingosina + glicídios;
impermeabilizante de superfícies (folhas e frutos e
axônio).
• Esteróides
sexuais.
–
com
colesterol.
Ex.:
hormônios
Colesterol: composto que possui núcleo cíclico +
hidroxila de cadeia alifática.
LIPÍDIOS
COLESTEROL
LIPÍDIOS
•
•
Colesterol
está
presente
nas
membranas plasmáticas das células
animais reduzindo a fluidez destas, por
isso estão em menor quantidade nas
membranas da mitocôndria e dos
retículos endoplasmáticos.
Células
vegetais
colesterol que é
fitoesteróides.
não
possuem
substituído por
LIPÍDIOS
COLESTEROL
O colesterol, no sangue, circula ligado a certas
proteínas:
• HDL (High Density Lipoprotein) – proteína de alta
densidade, conhecido como bom colesterol (retira e
elimina a gordura das células). Transporta o
colesterol das artérias para o fígado, onde é
inativado.
• LDL (Low Density Lipoprotein) – proteína de baixa
densidade; conhecido como mau colesterol (faz
retornar a gordura para o sangue).
LIPÍDIOS
HORMÔNIOS
ESTERÓIDES
LIPÍDIOS
Classificação :
LIPÍDIOS COMPLEXOS
• Formados por ácidos graxos,
componente.
álcool e um outro
• Ex.: fosfolipídios – principal componente
membranas celulares (esfingomielina).
das
LIPÍDIOS
●
●
Interação das porções hidrofóbicas das
proteínas com os lipídios estabelecem a
estrutura das membranas celulares.
Interação hidrofóbica no transporte de
lipídios no plasma: esteróides circulam
presos a região hidrofóbica da albumina.
PROTEÍNAS
São polímeros cujos monômeros são os aminoácidos.
PROTEÍNAS
 Ligação
peptídica
–
ligação
entre
dois
aminoácidos; ocorre liberação de uma molécula
de água (reação por desidratação).
Tipos de aminoácidos:
naturais – produzidos pelo próprio organismo.
essenciais – não produzidos pelo organismo;
ingestão obrigatória através da alimentação.
Ligação peptídica
PROTEÍNAS
• Funções:
estrutural.
- hormonal.
- defesa (anticorpos).
- energética.
- biocatalisadora (enzimas).
- movimento (actina e miosina).
- resistência (colágeno).
-
PROTEÍNAS
Estrutura: O número e a sequência dos aa em uma cadeia
polipeptídica determinam sua estrutura.
• primária – sequência linear dos aminoácidos na proteína.
• secundária – trajetória helicoidal da molécula proteica
(pontes de hidrogênio entre aa da mesma cadeia).
• terciária – dobras em diferentes pontos da molécula
proteica dando um aspecto esférico.
• quaternária – associação de diversas estruturas
terciárias; formam as moléculas proteicas mais
complexas.
PROTEÍNAS
Classificação:
• simples – formadas apenas por aminoácidos. Ex.:
histonas, albuminas, globulinas.
• conjugadas – formadas por aminoácidos mais um
radical não proteico (grupo prostético) .
• Ex.: nucleoproteínas (AA + ácidos nucleicos),
lipoproteínas (AA + lipídio), glicoproteínas (AA +
carboidrato).
PROTEÍNAS
Chaperonas = unem cadeias polipeptídicas
novas formando moléculas complexas.
Desfazem as agregações defeituosas
promovendo eliminação (hidrólise).
PROTEÍNAS
DESNATURAÇÃO PROTÉICA
Alteração da estrutura espacial de uma proteína –
pode ser motivada por fatores químicos ou físicos
(o frio desnatura de forma reversível, enquanto o
calor de forma irreversível).
ENZIMAS
•
São proteínas biocatalisadoras.
• Ação : diminuem a energia de ativação.
• Energia de ativação: energia necessária para
iniciar uma reação química.
•É através delas que o DNA comanda todo o
metabolismo celular. São os efetores da
informação genética.
ENZIMAS
Classificação:
• simples – formadas apenas por aminoácidos.
• conjugadas – formadas por uma parte proteica
(apoenzima = enzima inativa) e um radical prostético
(coenzima = molécula; co-fator = íon metálico) ,
formando assim uma holoenzima.
- Muitos hormônios e vitaminas funcionam como
coenzimas.
Nomenclatura – acrescenta-se ao substrato ou à
reação catalisada o sufixo ASE.
ENZIMAS
Características :
• ação proporcional à temperatura – a velocidade da
reação enzimática aumenta com a elevação da
temperatura; o ponto ótimo para a maioria das enzimas
varia em torno de 37ºC a 40ºC. Em temperaturas mais
elevadas a enzima sofre desnaturação.
• ação específica – cada enzima atua especificamente
sobre determinado substrato (substância que sofre a
ação enzimática).
• modelo chave-fechadura – a molécula do substrato
encaixa no centro ativo da enzima.
• Funcionamento: E + S  E-S  P + E
ENZIMAS
temperatura
ENZIMAS
Características :
• Reversibilidade da reação – a mesma enzima pode ser
usada tanto para a síntese quanto para a quebra da
substância.
• Ação em pH específico – cada enzima possui um pH
específico em que apresenta atividade máxima.
• Ação proporcional à concentração do substrato –
aumentando a concentração do substrato, aumenta-se a
velocidade da reação enzimática, até um patamar
máximo onde há a estabilização da mesma.
ENZIMAS
Concentração do Substrato
ENZIMAS
 A atividade enzimática pode ser inibida de
diversas maneiras. A inibição pode ser
competitiva ou não-competitiva.
 Fatores que podem afetar a ação da enzima:
temperatura, concentração do substrato e
presença de ativadores ou inibidores que alteram
a velocidade de atuação da enzima.
ENZIMAS
 Inibição competitiva: quando uma molécula
muito parecida com a do substrato da enzima se
fixa nos centros ativos da molécula enzimática.
Quanto maior a concentração do substrato, menor
será a probabilidade de o inibidor chocar-se com a
enzima e ocupar seus centros ativos.
 Inibição não-competitiva: combinação reversível
de metais pesados com os grupos SH (tiol) da
enzima. Isso altera a forma tridimensional da
enzima e impede sua atividade.
ENZIMAS
 Regulação alostérica: o efetor (subst. inibidora)
combina-se com a enzima em um local diferente
do centro ativo (centro alostérico), ocorre uma
modificação na conformação tridimensional da
enzima, com alteração do centro ativo, cuja
atividade catalítica é inibida.
 Isoenzimas: enzimas de uma espécie animal que
atacam o mesmo substrato mas que exibem
diferenças na atividade, no pH ótimo de ação na
cadeia polipeptídica.
VITAMINAS
Classificação
As vitaminas estão classificadas em dois grandes
grupos em função de sua solubilidade:
• hidrossolúveis – complexo B e C.
• lipossolúveis – A, D, E e K.
VITAMINAS
VITAMINAS HIDROSSOLÚVEIS
Características:
• encontradas, normalmente, em alimentos de origem
vegetal.
• devem ser ingeridas regularmente, pois o organismo
não armazena.
• o excesso é excretado pela urina, por isso, com
toxidade limitada.
• normalmente atuam como coenzimas, agindo no
metabolismo energético do organismo.
• as vitaminas do complexo B são facilmente
destruídas com o cozimento.
VITAMINAS
VITAMINAS LIPOSSOLÚVEIS
Características:
• Absorvidas com outros lipídios e na dependência da
presença da bile e do suco pancreático.
• Armazenadas em tecidos orgânicos.
• Normalmente, não são excretadas pela urina.
Vitaminas
Fontes principais
Carência
A (retinol)
Vegetais
verdes
e
amarelos;
óleos
de
fígado de peixes; gema
de ovo; leite.
Xeroftalmia (cegueira total por
ressecamento da córnea), pele seca
e escamosa, queda imunológica,
hemeralopia (cegueira noturna).
B1 (Tiamina)
Cereais
não
beneficiados, legumes,
nozes, fígado bovino
Beribéri (fraqueza e inflamação dos
nervos,
neurite),
insuficiência
cardíaca, distúrbio mental.
Absorção
prejudicada
pelo
consumo de álcool, açúcar, café,
chá e pela deficiência de ácido
fólico.
Atua na formação da Aco-A.
B2 (Riboflavina)
Leite,
ovos,
hortaliças
Deficiência
visual
rachaduras na pele.
B6 (Piridoxina)
Cereais
não
beneficiados,
fígado
bovino, gema de ovo
Anemia, dermatite, convulsões.
B12 (Cianocobalamina)
Fígado bovino, peixes,
ostras, carnes, leite,
ovos
Anemia
perniciosa
(hemáceas
malformadas), lesões do sistema
nervoso.
Principal dificuldade das dietas
exclusivamente vegetarianas.
queijo,
(fotofobia),
H – Biotina
Produzida pelas bactérias da
flora intestinal, levedura,
leite, cereais, fígado bovino
Fadiga, depressão,
lesões cutâneas.
B3 – PP (Niacina ou nicotinamida)
Carne,
peixes,
levedura
Pelagra (diarréia e lesões
cutâneas). Doença dos 4Ds
(diarréia, dermatite, demência e
morte – “death”)
B9 - Ácido fólico
Fígado bovino, levedura,
germe de trigo, hortaliças
Anemia.
B5 - Ácido pantotênico
Carne,
ovos,
leveduras,
cereais, nozes, legumes
Lesões do sistema digestório e
nervoso.
Queimação plantar (síndrome
dos pés ardentes).
C (Ácido ascórbico)
Frutos
citrícos,
tomate,
acerola, batata, hortaliças
Escorbuto
(hemorragias
internas,
edemas
nas
articulações),
gengivite,
hemorragias nasais.
D (Calciferol) – pode ser tratada como
hormônio esteróide.
Produzida pela pele sob ação
da radiação solar, óleo de
fígado de peixes, gema de
ovo
Raquitismo (encurvamento dos
ossos por deficiência de
cálcio),
fraqueza
óssea,
anomalias na dentição.
E (Alfatocoferol)
Óleos
vegetais,
vegetais
verdes,
bovino
Anemia , esterilidade
alguns animais.
em
K (naftoquinona)
Vegetais verdes, produzida
por
bactérias
da
flora
intestinal
Ausência ou dificuldade
coagulação sangüínea.
de
cereais,
cereais,
fígado
náuseas,
ÁCIDOS NUCLÉICOS
Tipos:
• DNA e RNA;
• Constituição: formados pela união de nucleotídeos
(são polinucleotídeos).
• Nucleotídeo: fosfato + pentose + base nitrogenada.
• Nucleosídeo: pentose + base nitrogenada.
Nucleotídeo
ÁCIDOS NUCLÉICOS
• Pentose: ribose (RNA) e desoxirribose (DNA).
• Bases nitrogenadas – púricas: Adenina (A) e Guanina
(G);
• pirimídicas: Citosina (C), Timina (T) e Uracila (U).
• Timina: exclusiva do DNA.
• Uracila: exclusiva do RNA.
BASES NITROGENADAS
DNA
• Estrutura: modelo proposto por Watson e Crick em
1953 – dupla hélice enrolada em espiral.
• Ligação entre as bases: A  T e G  C.
•
• pentose: desoxirribose.
• grupamento fosfato ligado ao carbono 5 da pentose (
ligações 5’).
• Características: dupla-hélice, diâmetro constante,
enrola da direita para a esquerda, fitas antiparalelas
(ligações 3’5’ e 5’3’);
DNA
DNA – Funções
1. material informacional genético;
2.controla os processos básicos do metabolismo
celular (RNA),
3.síntese de macromoléculas juntamente com o RNA;
4.diferenciação celular;
5.transmissão do patrimônio genético de uma célula
para suas descendentes;
6.expresso através das proteínas como fenótipo
(características do indivíduo).
• Nos cromossomos das células eucarióticas, o DNA
está associado a proteínas básicas, principalmente
histonas.
DNA
 Duplicação: fenômeno chamado replicação.
 Tipo de replicação: semiconservativa.
DNA
• Procedimento para duplicação:
•DNA helicase abre a dupla hélice;
•DNA polimerase catalisa a ligação de bases
complementares na sequência de bases em cada
uma das fitas antigas;
•As duas novas moléculas de DNA apresentam
uma fita antiga, a fita-molde, e uma fita nova.
ÁCIDOS NUCLÉICOS
RNA
• Origem: um modelo de DNA.
• Função: síntese protéica.
• Constituição: ácido fosfórico;
• pentose: ribose;
• bases nitrogenadas: adenina, uracila, guanina,
citosina.
• Pareamento de bases: A = U; G  C.
ÁCIDOS NUCLÉICOS
RNA
• Transcrição: fenômeno de produção do RNA a partir
de um molde de DNA.
• Enzima que catalisa a transcrição: RNA polimerase
ou transcriptase.
• Tipos de RNA: RNAm (mensageiro), RNAt
(transportador) e RNAr (ribossômico).
ÁCIDOS NUCLÉICOS
RNA
• RNAm:
- cópia do segmento de DNA que necessita ser
expresso geneticamente para produzir proteína.
-representa o código genético.
- cada 3 bases nitrogenadas = um códon.
- cada códon representa um aminoácido específico na
molécula de proteína a ser sintetizada.
ÁCIDOS NUCLÉICOS
RNA
• RNAt:
-Transfere os aa para as posições corretas nas
cadeias polipeptídicas em formação nos complexos
de ribossomos e RNAm.
-Tem aspecto de um trevo de quatro folhas;
-com quatro sítios - de reconhecimento da enzima
ativadora;
-de ligação com o aminoácido (contém as bases
CCA);
-de reconhecimento do ribossomo;
- região de reconhecimento do códon, com três
bases, formando o anticódon.
ÁCIDOS NUCLÉICOS
 RNA
RNAr
- Combinado com proteínas formando ribossomos.
- Quando presos a filamentos de RNAm, os
ribossomos formam os polirribossomos, onde
acontece a síntese de proteínas.
DNA
RNA
Pentose
Desoxirribose
Bases nitrogenadas
Adenina, guanina, citosina e Adenina, guanina, citosina e
timina
uracila
Base exclusiva
Timina
Nucleotídeo
Fosfato + pentose + base Fosfato + pentose
nitrogenada
nitrogenada
Localização
Núcleo, nucleóide, mitocôndrias,
cloroplastos; vírus (bacteriófago,
varíola,
adenovírus,
varicela,
herpes simples)
Funções
Material genético: controla Síntese de proteínas
funções
celulares,
transmissão de informação
genética para outras células
Tipos
Ribose
Uracila
-RNAm
-RNAr
Dupla hélice
base
Núcleo
e,
principalmente,
no
citoplasma; vírus (mosaico do
tabaco, poliomielite, febre amarela,
raiva, gripe, aids).
-RNAt
Estrutura
+
Filamento simples