INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS
Prof. Paulo Duarte Filho
BAGÉ – AGOSTO/2010
Introdução
- Elucidar quimicamente as estruturas das partes
funcionais das células;
- Descrever e analisar as mudanças químicas que
ocorrem nos organismos vivos;
- A partir dos anos 60: princípios organizados o que
facilitou o seu estudo;
- Ramos específicos para cada área de estudo:
\bioquímica
estrutural,
metabólica,
de
alimentos,
tecnológica, analítica, biotecnologia, entre outras.
Introdução
- há muito tempo atrás: difícil de distinguir o que
separava um ser vivo de um composto inanimado;
- Atualmente: dificuldade em saber em que ponto pode
se interferir nas reações que caracterizam os seres
vivos;
- Processador de alimentos: matéria-prima comporta-se
como “seres vivos”
Introdução
- Processador de alimentos:
• inibir determinados processos que ocorrem nos
seres vivos e induzir outros;
• atender
indivíduos.
às
necessidades
nutricionais
dos
Características da matéria viva
Matéria que compõe o universo:
- compostos inanimados: átomos e/ou moléculas
altamente organizados, mas que não sofrem por si
grandes mudanças;
- seres
moléculas, que
inanimados, em
reproduzir-se e
constantes.
vivos: constituídos por átomos e
apesar de individualmente serem
conjunto podem crescer, manter-se,
morrer – mudanças metabólicas
Características da matéria viva
Seres vivos: complexos altamente organizados cujas
células constituintes apresentam estruturas internas, e
moléculas complexas.
• Moléculas – individualmente
- comportamento em acordo com as leis da física
e da química.
Características da matéria viva
- Século 19:
- unidades morfológicas células
- Características que identificam os “seres vivos”:
- complexidade e organização – moléculas
complexas
- funções definidas – cada componente
- capacidade de extração e transformação de
energia
- capacidade de auto-reprodução
Características da matéria viva
- Soma de partes inanimadas
- “Força divina” (Filósofos medievais)
- “Lógica molecular” (avanço da ciência)
- Biomoléculas: encontradas nos organismos –
constituídas por carbonos (compostos orgânicos)
- Biodiversidade: macromoléculas são compostas
de muitas moléculas simples.
Características da matéria viva
- individualidade de cada organismo: conjunto
característico
de
compostos
nitrogenados,
os
ácidos nucléicos e as proteínas;
- vias metabólicas universais:
-
decomposição
de
metabólitos
(carboidratos);
- síntese de macromoléculas
chave
Características da matéria viva
- nas células ocorre transformação de energia:
- nutrientes orgânicos
- captação da luz solar (energia química)
EXECUÇÃO DE TRABALHO
-químico: síntese de moléculas orgânicas
- osmótico: transporte dentro das células
- mecânico: contração e locomoção
Características da matéria viva
- nas células ocorre transformação de energia:
- nutrientes orgânicos
- captação da luz solar (energia química)
Enzimas catalisam as reações químicas das células
Características da matéria viva
- nos seres vivos os sistemas de reação são mais
complexos que as reações químicas comuns:
- reações químicas ligadas em sequências –
transferência
de
energia
química
entre
biomoléculas
- compostos de alto peso molecular e
configuração precisa
- muitas das reações são catalisadas por
enzimas
Características da matéria viva
- auto-replicação:
propriedade
que
mais
impressionou os cientistas
- DNA: transmissão de informação
- DNA: molécula orgânica frágil que contém a
informação genética
- informação genética é codificada numa sequência
unidimensional de diferentes unidades elementares
de DNA
Características da matéria viva
- Disponibilidade de água
- condições adversas: estado de latência
(baixo nível metabólico)
liofilização
métodos
ou
artificiais:
presença
(glicerina, sal, entre outros)
de
congelamento,
outros
solutos
Características da matéria viva
- seres vivos necessitam de energia:
-
autotróficos:
complexas
através
sintetizar
substâncias
de substâncias
simples –
plantas, microrganismos e algas
- heterotróficos: obtêm energia a partir de
substâncias
complexas
microrgaanismos
–
animais
e
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Evolução do homem
- obtenção e conservação de alimentos
• Primórdios da civilização
- conservação de alimentos – empirismo
• Evolução da bioquímica
- como se alimentar adequada e satisfatoriamente
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Toda a vez que se pretende interferir num tecido vivo é
necessário saber:
- Alimentos: misturas complexas de espécies
químicas – lipídios, carboidratos, proteínas – água
* outros compostos: cor, sabor, odor
* valor nutricional: vitaminas
*
tóxicos
componentes
traços:
inibidores
ou
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Toda a vez que se pretende interferir num tecido vivo é
necessário saber:
- atividade química: interação entre os grupos
ativos das moléculas presentes nos alimentos, com o
meio próprio e com o ambiente que os rodeia (ar, água,
embalagem, equipamentos de processamento, etc.)
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Toda a vez que se pretende interferir num tecido vivo é
necessário saber:
- As alterações endógenas e exógenas podem
levar a mudanças desejáveis e indesejáveis.
Engenheiro de Alimentos
Intervenção nos acontecimentos bioquímicos
Otimizar alterações desejáveis e inibir as indesejáveis
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Toda a vez que se pretende interferir num tecido vivo é
necessário saber:
-
estrutura
física:
fator
fundamental
na
aceitabilidade – textura – fator limitante na reatividade
química
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Bioquímica de alimentos
“Estudo da composição dos alimentos e
das reações que levam à mudanças na sua constituição
característica”.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
• Acúmulo de átomos
- pequenas unidades moleculares a
grandes biomoléculas – proteínas e ácidos
nucléicos
• Conjunto de moléculas em interação, envoltas
em uma membrana adequada
CÉLULA
ORGANIZAÇÃO CELULAR
- Célula eucariótica: núcleo envolto por uma
membrana.
Célula eucariótica animal
ORGANIZAÇÃO CELULAR
- Célula procariótica: núcleo não é envolto por
uma membrana.
Célula procariótica
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Célula vegetal
Fotossíntese – cloroplastos
Célula animal
Mitocôndrias - respiração
ORGANIZAÇÃO CELULAR
• As atividades dentro de uma célula são
semelhantes ao sistema de transporte de uma
cidade.
Níveis de organização estrutural no corpo humano
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Natureza química de biomoléculas importantes
• Química orgânica – compostos de carbono,
hidrogênio e seus derivados
- biomoléculas – parte da química orgânica
• Início do século XIX – forças vitais
- crença de que compostos encontrados em
organismos vivos não podiam ser produzidos em
laboratório.
Friedrich Whöhler (1828)
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Natureza química de biomoléculas importantes
• Reações das biomoléculas
- Descritas pelos métodos da química orgânica
– classificação dos grupos funcionais (amidas, aminas,
ésteres, álcoois, éteres, aldeídos, cetonas, ácidos
carboxílicos, etc.)
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Natureza química de biomoléculas importantes
• Reações das biomoléculas
- Derivados do ácido fosfórico: pouco
mencionados nos cursos iniciais sobre química
orgânica.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Biomoléculas
Origem da vida:
- big-bang
- Experimento de Miller-Urey
Descarga elétrica
atravessa um sistema
fechado que contém
H2, CH4 e NH3
Produtos formados
(ácido cianídrico,
formaldeído e
aminoácidos)
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Biomoléculas
• Proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos
- Moléculas muito grandes
- Muitas ordens de grandeza maiores que as
moléculas menores das quais elas são formadas
polimerização
monômeros
Ex: Aminoácidos
Nucleotídeos
proteínas
ácidos nucléicos
polímeros
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Biomoléculas
• A sequência de aminoácidos nas proteínas é
determinada pela sequência de nucleotídeos nos
ácidos nucléicos:
DNA – serve como material de
codificação
Transmissão de uma geração a outra
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Procariotos x Eucariotos
• Procariotos: organismos unicelulares onde não há
núcleo definido.
• Eucariotos: organismos mais complexos que podem
ser unicelulares ou pluricelulares com núcleo bem
definido.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Procariotos x Eucariotos
• Procariotos: organismos unicelulares onde não há
núcleo definido.
• Eucariotos: organismos mais complexos que podem
ser unicelulares ou pluricelulares com núcleo bem
definido.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Procariotos x Eucariotos
Organela
Procariotos
Eucariotos
Núcleo
Não há núcleo
definido;
Presente
Membrana
celular
(plasmática)
Presente
Presente
Mitocôndria
Nenhuma
Presente
Retículo
endoplasmático
Nenhum
Presente
Ribossomos
Presente
Presente
Cloroplastos
Nenhum
(cromotóforos)
Presentes em
plantas verdes
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Características estruturais de células procarióticas
• Região nuclear: local onde fica concentrado o DNA da
célula;
• Citosol
(aparência
ribossomos;
granular):
presença
de
• Membrana plasmática: composta de lipídeos e
proteínas;
• Parede celular: composta principalmente por material
polissacarídeo.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Características estruturais de células eucarióticas
• Cloroplastos: organelas fotossintéticas, encontradas
em plantas e algas verdes;
• Núcleo: organela eucariótica mais importante:
- envolto por uma membrana nuclear dupla
- nucléolo: rico em RNA
- cromatina (agregado de DNA e proteína):
localizada perto da membrana nuclear
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Características estruturais de células eucarióticas
• Mitocôndria:
- possui membrana dupla (externa e interna) –
externa apresenta superfície lisa, enquanto a interna
apresenta diversas dobras, chamadas de cristas;
- Processos de oxidação – produção de energia
para a célula – membrana mitocondrial interna.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Características estruturais de células eucarióticas
• Retículo endoplasmático (RE) – ligado a membrana
celular e à membrana nuclear:
- rugoso;
- liso.
• Complexo de golgi:
- envolvido na secreção de proteínas em
algumas células e em outras possui outra função pesquisa
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Características estruturais de células eucarióticas
• Lisossomos: vesículas envoltas por membranas que
contém enzimas hidrolíticas – primeira etapa no
processamento de nutrientes para a célula.
• Peroxissomos:semelhantes ao lisossomo.
- contém enzimas envolvidas no metabolismo
do peróxido de hidrogênio.
• Glioxissomos: encontrados apenas em células
vegetais – conversão de lipídeos em carboidratos.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Características estruturais de células eucarióticas
• Vacúolos: vesículas no citoplasma envoltas por uma
membrana simples:
- nos vegetais são maiores e mais
proeminentes;
- tem como principal função isolar substâncias
residuais tóxicas.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Resumo das organelas e suas funções
Organela
Função
Núcleo
Localização do genoma
Mitocôndria
Reações de oxidação – energia
Cloroplasto
Fotossíntese
Retículo Endoplasmático
Local da síntese protéica
Complexo de golgi
Secreção de proteínas
Lisossomos
Contêm enzimas hidrolíticas
Peroxissomos
Metabolismo de peróxido de H2
Membrana celular
Separa o conteúdo celular
Parede celular
Camada externa rígida de
células vegetais
Vacúolo central
Isolar compostos tóxicos