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INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS Prof. Paulo Duarte Filho BAGÉ – AGOSTO/2010.

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1 INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS Prof. Paulo Duarte Filho BAGÉ – AGOSTO/2010

2 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.

3 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

4 Introdução - Processador de alimentos: inibir determinados processos que ocorrem nos seres vivos e induzir outros; atender às necessidades nutricionais dos indivíduos.

5 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 vivos: constituídos por átomos e moléculas, que apesar de individualmente serem inanimados, em conjunto podem crescer, manter-se, reproduzir-se e morrer – mudanças metabólicas constantes.

6 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.

7 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

8 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.

9 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 chave (carboidratos); - síntese de macromoléculas

10 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

11 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

12 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

13 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

14 Características da matéria viva - Disponibilidade de água - condições adversas: estado de latência (baixo nível metabólico) - métodos artificiais: congelamento, liofilização ou presença de outros solutos (glicerina, sal, entre outros)

15 Características da matéria viva - seres vivos necessitam de energia: - autotróficos: sintetizar substâncias complexas através de substâncias simples – plantas, microrganismos e algas - heterotróficos: obtêm energia a partir de substâncias complexas – animais e microrgaanismos

16 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

17 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 * componentes traços: inibidores ou tóxicos

18 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.)

19 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

20 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

21 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.

22 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

23 ORGANIZAÇÃO CELULAR - Célula eucariótica: núcleo envolto por uma membrana. Célula eucariótica animal

24 ORGANIZAÇÃO CELULAR - Célula procariótica: núcleo não é envolto por uma membrana. Célula procariótica

25 ORGANIZAÇÃO CELULAR Célula vegetalCélula animal Fotossíntese – cloroplastos Mitocôndrias - respiração

26 ORGANIZAÇÃO CELULAR As atividades dentro de uma célula são semelhantes ao sistema de transporte de uma cidade. Níveis de organização estrutural no corpo humano

27 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)

28 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.)

29 ORGANIZAÇÃO CELULAR Natureza química de biomoléculas importantes Reações das biomoléculas - Derivados do ácido fosfórico: pouco mencionados nos cursos iniciais sobre química orgânica.

30 ORGANIZAÇÃO CELULAR Biomoléculas Origem da vida: - big-bang - Experimento de Miller-Urey Descarga elétrica atravessa um sistema fechado que contém H2, CH 4 e NH 3 Produtos formados (ácido cianídrico, formaldeído e aminoácidos)

31 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 monômerospolímeros polimerização Ex: Aminoácidos proteínas Nucleotídeos ácidos nucléicos

32 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

33 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.

34 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.

35 ORGANIZAÇÃO CELULAR Procariotos x Eucariotos OrganelaProcariotosEucariotos NúcleoNão há núcleo definido; Presente Membrana celular (plasmática) Presente MitocôndriaNenhumaPresente Retículo endoplasmático NenhumPresente RibossomosPresente CloroplastosNenhum (cromotóforos) Presentes em plantas verdes

36 ORGANIZAÇÃO CELULAR Características estruturais de células procarióticas Região nuclear: local onde fica concentrado o DNA da célula; Citosol (aparência granular): presença de ribossomos; Membrana plasmática: composta de lipídeos e proteínas; Parede celular: composta principalmente por material polissacarídeo.

37 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

38 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.

39 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

40 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.

41 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.

42 Resumo das organelas e suas funções ORGANIZAÇÃO CELULAR OrganelaFunção NúcleoLocalização do genoma MitocôndriaReações de oxidação – energia CloroplastoFotossíntese Retículo EndoplasmáticoLocal da síntese protéica Complexo de golgiSecreção de proteínas LisossomosContêm enzimas hidrolíticas PeroxissomosMetabolismo de peróxido de H 2 Membrana celularSepara o conteúdo celular Parede celularCamada externa rígida de células vegetais Vacúolo centralIsolar compostos tóxicos


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