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  • 1. +Bioquímica - Universidade Católica de Brasília Origem da vida e componentes da célula Prof. Dr. Gabriel da Rocha Fernandes Universidade Católica de Brasília gabrielf@ucb.br - fernandes.gabriel@gmail.com
  • 2. + 2 O que devo saber ao fim desta aula? n Componentes das células. n Como é formada uma membrana. n Formas de obtenção de energia. n Principais componentes químicos da células. n Versatilidade do carbono. n Importância da estrutura tridimensional de uma proteína.
  • 3. + 3 Origem do universo n Cerca de 15 bilhões de anos. n Formaram-se hidrogênio e hélio. n Explosão de estrelas liberou energia para a fusão de núcleos atômicos em elementos mais complexos. n Cerca de 4 bilhões de anos surgiu a vida. n Extraiam energia de compostos químicos. n Usavam energia solar para produzir biomoléculas complexas a partir de elementos simples. n Milhares de biomoléculas constituem os organismos vivos. n Bioquímica: moléculas inanimadas => organismo vivo.
  • 4. + 4 Organismos vivos n Complexidade química e organização microscópica: n Estruturas celulares, polímeros, sequência de subunidades, estrutura tridimensional, especificidade na interação... n Extração, transformação e utilização da energia: n Permite construir e manter estruturas, e realizar todos os trabalhos. n Funções definidas para cada componente, e interações reguladas: n Dinamismo, mudanças geram respostas coordenadas ou compensatórias.
  • 5. + 5 Organismos vivos n Sensibilidade e resposta ao ambiente: n Adaptação química, ou localização das moléculas. Receptores. n Autorreplicação e automontagem: n Multiplicação de uma bacteria isolada. Descendentes são cópias fiéis da original. n Alteração ao longo do tempo por evolução: n Mínimas mudanças que permitem sobreviver em ambientes novos => diversidade.
  • 6. + 6 Fundamentos celulares n Célula é a unidade estrutural e funcional.
  • 7. + 7 Membrana Plasmática n Separa o conteúdo do ambiente. n Moléculas de lipídeos e proteínas. n Barreira seletiva para a passagem de compostos e íons. n Proteínas de transporte - íons e moléculas. n Proteínas receptoras - transmitem sinais para o interior. n Enzimas de membrana - participam de reações.
  • 8. + 8 Membrana Plasmática
  • 9. + 9 Citoplasman Citoplasma - volume interno.n Citosol - solução aquosa. n Enzimas e RNA. n Aminoácidos e nucleotídeos. n Pequenas moléculas orgânicas (metabólitos). n Estruturas macromoleculares (ribossomos, proteassomos...)
  • 10. + 10 Núcleo/Nucleóide n Armazenamento e replicação do genoma. n Nucleóide - Em bactérias e arquibactérias não é separado do citoplasma por membrana (procariotos). n Núcleo- Em eucariotos, material nuclear é separado do citoplasma por uma membrana dupla.
  • 11. + 11 Dominios da vida n 3 grandes domínios. n Basesgenéticas e bioquímicas definem 2 deles: Archaea e Bacteria. n Os Eucariotos formam o terceiro grande domínio.
  • 12. + 12 Habitat dos procariotos n Aeróbico - Suprimento de oxigênio. n Transferência de eletrons para o oxigênio. n Anaeróbio - Desprovido de oxigênio. n Transferência de eletrons para o nitrato, sulfato ou gás carbônico. n Anaeróbios podem ser obrigatórios ou facultativos.
  • 13. + 13 Habitat dos procariotos
  • 14. + 14 Como obter energia? n Fototróficos - luz solar. n Quimiotróficos - combustível químico. n Litotróficos - combustíveis inorgânicos. HS- a S0, S0 a SO4-, NO2- a NO3-, ou Fe2+ a Fe3+. n Organotróficos - combustíveis orgânicos. n Obtém o carbono através do CO2 - autotróficos. n Requer nutrientes orgânicos - heterotróficos.
  • 15. + 15 Citoesqueleto n Filamentos protéicos que atravessam a célula em várias direções. n Actina, microtúbulos e filamentos intermediários. n Conferem estrutura e organização. n Movimentam organelas e a célula em si.
  • 16. + 16 Estruturas supramoleculares
  • 17. + 17 Estruturas supramoleculares
  • 18. + 18 Fundamentos químicos n Mundo vivo diferente do mundo inanimado. n Compostos ricos em carbono, oxigênio, nitrogênio e fósforo. n Similaridade química entre todos os seres vivos. n Glicólise tem as mesmas enzimas e mesmos intermediários em levedura e humano. n Jacques Monod - “O que vale para E. coli também vale para um elefante”. n Hidrogênio, Oxigênio, Nitrogênio e Carbono - 99% da célula.
  • 19. + 19 Fundamentos químicos
  • 20. + 20 Carbono n Versatilidade do carbono em formar ligações.
  • 21. + 21 Grupos funcionais
  • 22. + 22 As moléculas n Aminoácidos, nucleotídeos, açucares e seus derivados fosforilados... n Ocorrem em todas as células vivas - conservação evolutiva. n Existem biomoléculas específicas, metabólitos secundários - morfina, nicotina, cafeína... n Metaboloma - conjunto das moléculas em uma célula.
  • 23. + 23 Macromoléculas n Proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos - macromoléculas feitas de monômeros. n A síntese de macromoléculas é a atividade que mais consome energia nas células. n Processamentos adicionais formam complexos supramoleculares - ribossomo.
  • 24. + 24 Proteínas e Ácidos Nucleicos n Polímeros de aminoácidos. n Maior fração da célula. n Atividade catalítica, estrutural, receptores, transportadores. n Conjunto das proteínas em funcionamento em uma célula - proteoma. n DNA e RNA. n Armazenam e transmitem informação genética. n RNA - função estrutural e catalítica em complexos supramoleculares. n RNA - regulação da função celular.
  • 25. + 25 Polissacarídeos e lipídeos n Polissacarídeos - Polímeros de açúcares simples como glicose. n Reservatório de combustível, componente estrutural rígido, elementos de reconhecimento extracelular. n Lipídeos - componentes de membranas, depósito de combustíveis, pigmentos, sinais intracelulares.
  • 26. + 26 Estrutura tridimensional n Estereoisômeros - mesmas ligações químicas, diferentes configurações. n Interações entre biomoléculas são estereoespecíficas. n Configuração dada por: n ligações dupla (incapacidade de rotação) n centros quirais (centro em que há arranjos em orientações específicas)
  • 27. + 27 Estrutura tridimensional n Centro quiral - carbono com quatro substintuintes diferentes. n Enantiômeros - imagens especulares. n Diastereoisômeros - não são imagens.
  • 28. + 28 Conformação molecular n Influencia no encaixe das moleculas. n Estrutura dimensional: n reagente com enzima n hormônio com receptor n antígeno com anticorpo n Estereoespecificidade - capacidade de distinguir entre estereoisômeros. n Luva esquerda não encaixa na mão direita.
  • 29. + 29 Fundamentos físicos n Células precisam de energia. n Mecanismos eficientes para aproveitar a energia. n Organismos existem em um estado estacionário, não em equilíbrio com o meio em que vivem. n Moléculas dinâmicas - sintese e degradação constantes. n Equilíbrio para manter uma concentração constante. Ex: sintese e degradação de hemoglobina.
  • 30. + 30 Transformação de energia e matéria n Sistema - reagentes, produtos, solventes e atmosfera. n Sistema + meio = Universo n Sistema isolado - não troca energia nem matéria com o meio. n Sistema fechado - troca energia, mas não matéria. n Sistema aberto - troca energia e matéria. n Organismo vivo é um sistema aberto. n consomem combustíveis químicos do meio n absorvem energia da luz solar
  • 31. + 31 Fluxo de eletrons n Hidrólise promovida pela luz libera eletrons para a redução d CO2. n Oxidaçãode produtos ricos em energia passam eletrons adquiridos ao O2 e formam água. n Reações de oxi-redução.
  • 32. + 32 Entropian Aminoácidos não vão se condensar espontaneamente e formar proteínas.n ∆G = variação da energia livre.n Se ∆G é negativo - espontâneo.n Reações endergônicas (consomem energia) - síntese de proteínas e DNA.n Reações exergônicas (liberam energia).n Fonte de energia livre - hidrólise da ligação fosfoanidro (ATP).
  • 33. + 33 As enzimas e a energia n Enzimas catalizam reações. n Permite que aconteçam em velocidades apropriadas. n Estabilizam o estado de transição, reduzindo a energia de ativação.
  • 34. + 34 Fundamentos genéticos n DNA é um polímero orgânico. n Em E. coli é uma única molécula contendo 4,64 milhões de pares de nucleotídeos. n Humanos - uma molécula de DNA para cada um dos 23 cromossomos. n Dupla hélice. n Uma fita serve de molde para a outra na hora da síntese de uma nova molécula. n Informação é assegurada pela informação da fita oposta (atua como molde para reparar o dano).
  • 35. + 35 DNA => Proteína com estrutura tridimensional
  • 36. + 36 Fundamentos evolutivos n Mutações ocasionais geram diversidade. n Diversidade é repertório adaptativo. n Teoria da endossimbiose. n Especialização celular. n Conhecimento do genoma leva ao conhecimento filogenético e do funcionamento do organismo.