Aulão: 16/05/2015
Conteúdo: Bioquímica Celular Básica
Profº Davi Vergara
Profº Roberto Fonseca
Os avanços da Química, nos séculos XIX e XX, foram fundamentais para o desenvolvimento atual da Biologia.
O ramo das ciências naturais que estuda a química da vida – a Bioquímica – tem revelado não só a existência
de milhares e milhares de substâncias diferentes em uma única célula, como também a intrincada rede de reações
químicas das quais elas participam.
CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE QUÍMICA
Átomos (modelo de Rutherford-Bohr, 1911 – 1913) caracterizam-se por um núcleo maciço e pequeno
constituído de cargas positivas; os elétrons movimentam-se em órbitas circulares e elípticas, com valores constantes de
energia.
O átomo apresenta duas regiões: Núcleo (prótons + nêutrons) e Eletrosfera (elétrons). As massas do próton e do
nêutron são aproximadamente iguais; já a massa do elétron é cerca de 1840 vezes menor que a massa do próton. A carga
positiva do próton e a carga negativa do elétron apresentam valores exatamente iguais.
A identidade de um átomo é dada pelo seu NÚMERO ATÔMICO (Z), que corresponde ao número de prótons
presentes no núcleo de um átomo. O conjunto de todos os átomos com um mesmo número atômico denomina-se
ELEMENTO QUÍMICO.
A eletrosfera pode alterar-se em virtude do aumento ou diminuição do nº de seus elétrons. Nisso, podem ocorrer
três situações:
Cátion ou íon positivo (Na+, Ca+2)
Perde elétrons
+
Átomo Neutro (nº p = nº e )
Ânion ou íon negativo (F-, P-3)
Ganha elétrons
Propriedades Periódicas dos Elementos
O RAIO ATÔMICO é a distância do núcleo até o nível eletrônico mais externo da eletrosfera. Para átomos
neutros de elementos de um mesmo período, o raio atômico diminui com o aumento do nº atômico. Justificativa: atração
mais intensa entre núcleo e eletrosfera. Já para os de mesma família, o raio atômico aumenta com o aumento do nº
atômico. Justificativa: presença cada vez maior de níveis eletrônicos.
A ELETRONEGATIVIDADE é quando um átomo neutro apresenta tendência em receber elétrons, o que
caracteriza um caráter não-metálico; já a ELETROPOSITIVIDADE é a tendência que um átomo neutro tem em perder
elétrons, o que caracteriza um caráter metálico.
Ligações Químicas
Para o estudo das substâncias que constituem os seres vivos, as substâncias orgânicas, é importante conhecer
dois tipos de ligação química:
Na LIGAÇÃO COVALENTE, os átomos unem-se pelo compartilhamento de pares de elétrons, formando
moléculas. As molécula de todas as substâncias orgânicas apresentam ligações covalentes. Mas atenção: a ligação
covalente pode não formar moléculas, e sim o que chamamos de substâncias covalentes (grafite, diamante e sílica).
A LIGAÇÃO IÔNICA resulta da transferência de um ou mais elétrons de um átomo para outro. A consequência
é a formação de cátions e ânios, um atraindo o outro devido a cargas opostas entre si. Ex.: sal de cozinha (Na+Cl-).
Polaridade (em moléculas diatômicas)
Moléculas constituídas por átomos diferentes apresentam dois pólos de carga elétrica: um pólo positivo, junto
ao átomo menos eletronegativo de menor presença eletrônica e um pólo negativo junto ao átomo mais eletronegativo de
maior presença eletrônica. A presença desses pólos caracteriza essa ligação como POLAR.
A ÁGUA E OS SERES VIVOS
Os seres vivos apresentam de 65% a 85% de água na sua composição (dependendo da espécie, da idade e da
atividade metabólica). Tecidos mais jovens ou com mais atividade metabólica apresentam maior teor de água. A taxa
de água decresce com a idade, ou seja, o teor de água nos tecidos diminui com o envelhecimento.
Segue abaixo os principais aspectos sobre a água:
 Atua como solvente das reações químicas dos seres vivos e participa das reações de hidrólise;
 Transporta substâncias, como sangue, seivas e urina;
 Possui ação lubrificante para evitar o atrito entre os ossos e os órgãos entre si;
 Exerce proteção térmica, como no mecanismo de transpiração, dissipando parte do calor. Logo, regula a
temperatura corporal devido ao seu alto calor específico (capacidade de absorver muita energia sem aumentar
bruscamente a temperatura);
 Apresenta algumas propriedades: coesão (união de moléculas de água), adesão (quando água molha
superfícies polares) e capilaridade (capacidade de atravessar espaços estreitos).
SAIS MINERAIS
Sódio e Potássio: atuam conjuntamente na condução do
impulso nervoso, sendo o sódio mais abundante no meio
extracelular e o potássio no meio intracelular.
Magnésio: componente de muitas enzimas;
faz parte da composição da clorofila,
captando a luz solar.
Flúor: componente dos ossos e dos dentes;
protege os dentes contra cáries.
Fluorapatita
Iodo: componente dos hormônios
da tireoide, que estimulam o
metabolismo.
Cálcio: componente importante dos ossos e dos
dentes. Essencial à coagulação do sangue.
Cobalto:
componente d
vitamina B12;
essencial para a
produção
das
hemácias.
Ferro: componente da hemoglobina, auxiliando no
transporte de gases no sangue, sendo, portanto,
fundamental para respiração celular.
Fósforo: componente importante dos ossos e dos
dentes. Componente do DNA e do RNA.
LIPÍDIOS
GLICERÍDEOS: são constituídos por uma molécula do álcool glicerol ligados a uma, duas ou três moléculas de
ácidos graxos; neste último caso, são chamados de triglicerídios.
Glicerol
Ácidos Graxos
Glicerídeo
Gorduras: são formadas por glicerol + 3 ácidos graxos saturados. Logo, são sólidas a temperatura ambiente. Possuem
diversas funções, entre as quais: estoque de energia em animais, amortecedores de impacto e isolante térmico. Além
disso, contribuem para flutuabilidade de animais marinhos.
Óleos: são formados por glicerol + 1,2 ou 3 ácidos graxos insaturados. Logo, são líquidos a temperatura ambiente.
Função principal está no estoque de energia em plantas.
CERAS: são constituídas por uma molécula de álcool (diferente do glicerol) unida a uma ou mais moléculas de ácidos
graxos. Por serem altamente insolúveis em água, as ceras são úteis a plantas e animais, pois tem como função principal
a impermeabilização, o que evita a desidratação excessiva. Estão presentes na casca de frutas; no exoesqueleto dos
insetos; no ouvido humano e na superfície de folhas vegetais.
ESTERÓIDES: são constituídos, cada molécula, por átomos de carbono interligados, formando quatro anéis, aos
quais se ligam cadeias carbônicas, grupos hidroxilas ou átomos de oxigênio. Exs.: colesterol e diversos hormônios,
entre eles os chamados hormônios sexuais, como a testosterona, progesterona e estrógeno.
Colesterol Bom e Ruim: essas expressões se referem às proteínas carregadoras de
lipídios, chamadas de lipoproteínas e conhecidas como LDL e HDL. Em overdose de
colesterol no sangue, o LDL passa a se depositar na parede dos vasos sanguíneos
(aterosclerose).
FOSFOLIPÍDIOS:
principais
componentes das membranas celulares. É
um glicerídeo combinado a um grupo
fosfato.
CAROTENÓIDES: são pigmentos de cor vermelha, laranja ou
amarela, insolúveis em água e solúveis em óleos e solventes orgânicos.
Estão presentes nas células de TODAS as plantas.
PROTEÍNAS
São relativamente grandes por serem formadas pela união sequencial de dezenas ou mesmo centenas de
moléculas menores, denominadas aminoácidos.
Aminoácido é um molécula orgânica na qual existem vinte tipos. É formada por átomo de carbono ligado a um
grupo amina (– NH2), um grupo carboxila (– COOH), um átomo de hidrogênio (– H) e um grupo denominado,
genericamente, radical (– R). Este é o grupo que varia nos diferentes aminoácidos e os caracteriza.
A união de dois aminoácidos se dá por ligação peptídica, que
resulta de uma síntese por desidratação. Ela sempre ocorre entre o grupo
amina de um aminoácido e o grupo carboxila do outro.
Queratina: fortalecimento de cabelos e unhas.
Hemoglobina: auxilia no transporte de gases no sangue.
Anticorpos: atuam na defesa do corpo.
Colágeno: aumenta resistência dos ossos, cartilagens e tendões.
Actina e miosina: responsáveis pela contração muscular.
ENZIMAS  são proteínas que atuam como catalisadores biológicos em reações químicas, podendo ser
reutilizadas. Apresentam “encaixes” que se adaptam às moléculas sobre as quais ela atua, denominadas genericamente
substratos enzimáticos. A parte da enzima responsável pelo encaixe com o substrato é chamada de centro ativo.
LACTOSE
GLICOSE + GALACTOSE
 As enzimas aceleram as reações químicas
diminuindo a energia de ativação.
FATORES QUE AFETAM A ATIVIDADE DAS ENZIMAS
Concentração de substrato: se a concentração da enzima for
constante, aumentos sucessivos na concentração do substrato são
acompanhados por aumentos cada vez menores na velocidade da
reação.
Temperatura: existe uma temperatura na qual a pH: as enzimas têm um pH ótimo, no qual catalisam, com
atividade da enzima é máxima, é a temperatura maior eficiência, uma determinada reação química, cuja
velocidade é máxima.
ótima.
GLICÍDIOS
São moléculas formadas por átomos e carbono, hidrogênio e oxigênio. Essas moléculas também são chamadas
de hidratos de carbono, carboidratos ou açúcares.
Os vegetais, as algas e algumas bactérias produzem glicose na fotossíntese a partir de gás carbônico (CO2), água
(H2O) e energia luminosa. A glicose produzida na fotossíntese pode ser utilizada como fonte de energia na respiração
celular, ser armazenada na forma de amido nos caules e nas raízes dos vegetais ou, ainda, ser utilizada na formação de
celulose presente na parede celular dos vegetais e das algas.
Monossacarídeos: são carboidratos simples que não precisam sofrer digestão quando são ingeridos, possuem fórmula
geral CnH2nOn, em que o valor de n varia entre 3 e 7. O nome dos monossacarídeos é dado pelo valor de n.
Os mais abundantes são as hexoses, com fórmula geral C6H12O6, como a glicose, a frutose e a galactose. Esses
carboidratos são utilizados como fonte de energia na respiração celular.
As pentoses, como desoxirribose e ribose, possuem papel estrutural, pois são componentes das moléculas dos
ácidos nucleicos, DNA e RNA, respectivamente.
Oligossacarídeos: são carboidratos formados pela união de 2 até 10 unidades de monossacarídeos. Os mais conhecidos
são os dissacarídeos, formados pela união de dois monossacarídeos
Dissacarídeo
Sacarose
Maltose
Lactose
Unidades formadoras
Glicose + Frutose
Glicose + Glicose
Glicose + Galactose
Fonte
Cana e beterraba
Cereais
leite
Os dissacarídeos presentes nos alimentos não são aproveitados diretamente pelo organismo. Essas moléculas
precisam ser digerida (hidrolisadas) pela ação de enzimas específicas em suas unidades formadoras (monossacarídeos)
para serem absorvidas nas microvilosidades intestinais e, então, chegarem até as células, via corrente sanguínea.
hidrólise
𝐶12 𝐻22 𝑂11 + 𝐻2 𝑂
𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 𝐶6 𝐻12 𝑂6
síntese
Polissacarídeos: são moléculas orgânicas formadas pela união de mais de 10 moléculas de monossacarídeos. Ao
contrário dos monossacarídeos e dos dissacarídeos, os polissacarídeos são, geralmente, insolúveis em água.
O amido é o polissacarídeo de reserva energética dos vegetais, sendo armazenado nas células do parênquima
amilífero de caules (batatinha) e raízes (mandioca).
Ao fazer fotossíntese, as células desses organismos
produzem amido e o armazenam. Em momentos de
necessidade (à noite, por exemplo), o amido é hidrolisado,
transformando-se em moléculas de glicose, utilizdas como
fonte de energia e de matéria prima para a produção de
substâncias celulares. Grãos como trigo e o milho são ricos
em amido, por exemplo.
O glicogênio é o polissacarídeo de reserva energética animal, sendo armazenado o fígado e nos músculos.
Depois de uma refeição rica em glicídios, as células do nosso
fígado utilizam moléculas de glicose do sangue para sintetizar
glicogênio. Quando a taxa de glicose no sangue diminui, nos períodos
entre as refeições, as células hepáticas hidrolisam o glicogênio
armazenado, reconvertendo-o em moléculas de glicoses, que são
liberadas para o sangue e levadas a todas as células do sangue.
Os polissacarídeos necessitam sofrer digestão para liberarem as glicoses para serem utilizadas como fonte de
energia celular.
A celulose é o carboidrato mais abundante do planeta, rica em glicose, no entanto os animais não possuem a
enzima celulase e, portanto, não conseguem digeri-lo. Mesmo assim, a ingestão de alimentos ricos em celulose é
importante para o bom funcionamento do intestino. Animais, como os ruminantes, possuem em seu sistema digestório
microorganismos como bactérias, que digerem a celulose. Os cupins podem aproveitar a celulose da madeira por terem
protozoários produtores de celulase em seu intestino.
A quitina é um polissacarídeos rígido que contém átomos de nitrogênio na molécula. Constitui o esqueleto
externo dos artrópodes, como os insetos, crustáceos e aracnídeos, eentra na composição da parede celular de fungos.
VITAMINAS
São substâncias orgânicas de que nossas células necessitam em pequenas quantidades para se manterem
saudáveis. Precisamos obtê-las da dieta, pois nosso organismo é incapaz de produzi-las. A maioria atua como fator
auxiliar em reações químicas catalisadas por enzimas. Elas podem ser hidrossolúveis, entre elas a B1, B3, B12 e C, ou
lipossolúveis, como a A, D e K.
B1: auxilia a oxidação dos
carboidratos, estimula o apetite
e mantém o tônus muscular e
nervoso.
Carência  BERIBÉRI
B3: mantém o tônus muscular e
nervoso e o bom funcionamento
do sistema digestivo
Carência  PELAGRA
D: mantém os ossos e dentes em bom estado;
atua no metabolismos do cálcio e do fósforo.
Carência  RAQUITISMO
B12: é essencial para a
maturação das hemácias e para
síntese de nucleotídeos.
Carência ANEMIA PERNICIOSA
A: necessária para o crescimento normal e para o bom
funcionamento dos ohos, do nariz, da boca, das orelhas e
dos pulmões.
Carência  CEGUEIRA NOTURNA E XEROFTALMA
K: atua na coagulação do sangue.
Carência  HEMORRAGIAS
C: mantém a integridade dos vasos
sanguíneos e a saúde dos dentes.
Carência  ESCORBUTO
ÁCIDOS NUCLEICOS: são polímeros de nucleotídeos (ácido fosfórico + pentose + base nitrogenada).
Estrutura do nucleotídeo de DNA
Há dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico
(DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). Essas substâncias apresentam,
respectivamente, desoxirribose e ribose em suas moléculas. Dos cinco
tipos de bases nitrogenada, três ocorrem tanto no DNA quanto no RNA
– adenina (A), citosina (C) e guanina (G). A base nitrogenada timina
(T) ocorre exclusivamente no DNA, enquanto a base uracila (U) ocorre
exclusivamente no RNA.
Moléculas de DNA são constituídas por duas cadeias de
nucleotídeos enroladas uma sobre a outra, lembrando uma
escada helicoidal. As duas cadeias mantêm-se unidas entre
si por meio de um tipo especial de ligação, a ligação de
hidrogênio entre pares de bases específicos: adenina
emparelha-se com timina; guanina emparelha-se com
citosina; e, no caso do RNA, adenina emparelha-se com
uracila.
A união dos nucleotídeos se dá com a ligação entre o
fosfato de um com o açúcar (pentose) do outro. Essa
ligação recebe o nome de fosfodiéster.
TRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP):a moeda energética da Vida
A função do ATP pode ser descrita em três passos: o
primeiro é captar energia de reações exergônicas (respiração
celular) da degradação do alimento; o segundo é armazenar essa
energia em ligações moleculares de alta energia (entre os
fosfatos); e a terceira é transferir a energia para reações
endergônicas (secreção de substâncias, locomoção).
Durante esse fornecimento, o ATP quebra-se em ADP
(difosfato de adenosina) e Pi (grupo fosfato inorgânico),
liberando 7,3 Kcal/mol, que pode ser aproveitada para as
atividades celulares.