Macromoléculas

Macromoléculas A maioria das moléculas encontradas nos organismos são baseadas no elemento Carbono, associado a Nitrogênio, Oxigênio ou Hidrogênio As propriedades específicas dos compostos são determinadas por grupos funcionais ligados a um “Esqueleto” de Carbono A maioria de nossas moléculas são grandes, derivadas de várias moléculas menores similares Essas grandes moléculas são denominadas de Polímeros ou de Macromoléculas

Macromoléculas As unidades que compõem as macromoléculas são denominadas de Subunidades ou Monômeros Podemos obter uma grande variabilidade de macromoléculas a partir da variação do no, da seqüência e dos arranjos entre os Monômeros (Ex.: Aminoácidos  Proteínas)

Macromoléculas As Macromoléculas Biológicas podem ser agrupadas em 4 categorias: - Lipídeos; - Proteínas; - Carboidratos; - Ácidos Nucléicos Essas moléculas são responsáveis pelas funções das células: - Proteção; - Defesa; - Suporte Estrutural; - Regulação; - Transporte; - Motilidade; - Fornecimento de Energia - Armazenamento de Informação - Armazenamento de Energia

Macromoléculas As funções das Macromoléculas são decorrentes de sua forma e das propriedades químicas dos monômeros que as constituem

Macromoléculas

Macromoléculas

Macromoléculas A maioria das Macromoléculas são produzidas ou são “quebradas” pelo mesmo tipo de reação química Essas reações químicas envolvem a adição ou remoção de moléculas de H2O Os polímeros são formados a partir dos monômeros, pela remoção de moléculas de H2O: - Um Hidrogênio (-H) de uma subunidade - Um Hidroxila (-OH) de outra subunidade Este processo une as subunidades e é denominado de Síntese por Desidratação

Macromoléculas Quando Macromoléculas são quebradas, no processo denominado de Digestão, moléculas de H2O são adicionadas para separar os polímeros em suas subunidades Este processo é denominado de Hidrólise e as enzimas que facilitam esta digestão são chamadas de Enzimas Hidrolíticas

Macromoléculas Síntese por Desidratação (Condensação) Hidrólise

Carboidratos

Carboidratos Carboidratos ou sacarídeos são as moléculas biológicas mais abundantes Quimicamente “simples”, apresentam apenas 3 elementos: CARBONO, HIDROGÊNIO e OXIGÊNIO (C·H2O)n com n ≥ 3 Unidades básicas são denominadas MONOSSACARÍDEOS Monossacarídeos diferem no no de átomos de Carbono e na organização dos átomos de Hidrogênio e Oxigênio Bioquímica I – Prof. Dr. Marcelo Soares

Carboidratos Até 1960: Carboidratos teriam apenas funções passivas: Fonte de Energia  Glicose e Amido Estrutural  Celulose Não catalisam reações químicas complexas (Ex: Proteínas); Não se replicam (Ex: Ácidos Nucléicos); Por não possuir um “molde genético”, polissacarídeos tendem a ser mais heterogêneos do que outras moléculas biológicas

Carboidratos Variação estrutural é fundamental para atividade biológica Organização nas Proteínas e na superfície das células é a chave para muitos eventos de reconhecimento, entre células e entre proteínas

Carboidratos Os Carboidratos podem ser divididos em 2 grupos: Açúcares Simples e Carboidratos Complexos Açúcares Simples: - Monossacarídeos: são as subunidades ou monômeros a partir das quais outros carboidratos são formados - Dissacarídeos: são formados por 2 monossacarídeos, através de uma reação de condensação

Carboidratos Carboidratos Complexos - Oligossacarídeos: apresentam de 3 a 20 monossacarídeos - Polissacarídeos: grandes polímeros constituídos de centenas de monossacarídeos

Função dos Carboidratos Servem de fonte básica de energia para virtualmente todos os seres vivos Intermediários Metabólicos: Carboidratos proporcionam um esqueleto para a formação de outras moléculas carbônicas Moléculas estruturais principalmente para Plantas, muitos Fungos e Artrópodes (Ex.: Celulose, Quitina) Reserva energética (Ex.: Amido, Glicogênio)

Estrutura dos Monossacarídeos Quimicamente, monossacarídeos contém Carbono, Hidrogênio e Oxigênio, com a razão entre eles sendo: (C·H2O)n Cn(H2O)n ou C6H12O6 Ex.: Glicose 

Estrutura dos Monossacarídeos Os grupos funcionais dos monossacarídeos são: Carbonila  -C=O Hidroxila  OH- Um monossacarídeo terá um grupo funcional Carbonila, os demais átomos de Oxigênio estarão todos em grupos funcionais Hidroxila

Monossacarídeos Classificação de Monossacarídeos São classificados de acordo com a natureza química de seu grupo Carbonila e pelo no de átomos de Carbono: - Se o grupo Carbonila for um Aldeído (qualquer composto orgânico contendo a fórmula R-CH=O), o açúcar será uma Aldose - Se o grupo Carbonila for um Cetona (qualquer composto contendo um grupo carbonila associado a 2 átomos de Carbono), o açúcar será uma Cetose

Monossacarídeos Classificação de Monossacarídeos Os monossacarídeos menores, contendo 3 átomos de Carbono são denominados de Trioses Monossacarídeos com 4, 5, 6, 7 ou mais átomos de Carbono são denominados de Tetroses, Pentoses, Hexoses, Heptoses e assim por diante

Monossacarídeos Os monossacarídeos mais comuns encontrados em seres vivos são: C6H12O6  Glicose, Galactose, Frutose Alguns com 5 Carbonos  Ribose, Ribulose, Desoxirribose, Xilose Com 3 Carbonos  Gliceraldeído

Monossacarídeos

Monossacarídeos A despeito dos monossacarídeos (e outros carboidratos) serem freqüentemente ilustrados na forma de cadeia, o equilíbrio de carboidratos nos seres vivos favorece a forma em anel

Monossacarídeos

Glicose Com exceção de algumas bactérias, a Glicose (produto da fotossíntese) é a molécula energética primária nos organismos vivos e o monossacarídeo mais comum A Glicose apresenta duas formas em anel: alfa-Glicose e beta-Glicose A posição diferenciada das ligações na alfa-Glicose e na beta-Glicose é importante para a estrutura e a função dos polissacarídeos formados a partir da Glicose

Glicose

Dissacarídeos São formados a partir de 2 monossacarídeos através do processo de condensação (remoção de molécula de H2O) O “H” é retirado do grupo funcional Hidroxila de um monossacarídeo e o “OH” de um segundo monossacarídeo As duas moléculas são então unidas por uma ligação C-O-C, denominada Ligação Glicosídica Dissacarídeos são importantes em plantas pois são utilizados para atrair polinizadores e como dispersores . Também é um meio de transportar carboidratos ao longo da planta

Dissacarídeos Os Dissacarídeos mais comuns são: Sucrose, Lactose e Maltose A Maltose é o produto mais comum da quebra do amido e é constituído por 2 alfa-Glicose (2 beta formam Celubiose)

Dissacarídeos A Sucrose é um Dissacarídeos comum em plantas, formado por Frutose e Glicose Único que pode ser “legalmente” chamado de sugar Alimentos sugar-free, precisam apenas não possuir Sucrose, podendo apresentar qualquer outro mono ou dissacarídeo (!!).

Dissacarídeos A Lactose é o açúcar encontrado no leite, formado por uma Glicose ligada à Galactose.

Ligações Glicosídicas Formação de Dissacarídeos Ligações Glicosídicas

Oligossacarídeos Compostos por poucos Monossacarídeos ligados entre si Legumes contém oligossacarídeos que não são bem digeridos pelo organismo humano As bactérias que habitam os intestinos humanos são capazes de digerir estes açucares Esta digestão pode produzir gases que podem gerar um desconforto intestinal (ou “embaraço” social)

Oligossacarídeos São também componentes dos Glicolipídeos e das Glicoproteínas encontradas na membrana plasmática Podem também apresentar grupos funcionais adicionais que conferem propriedades adicionais: - O reconhecimento celular é proporcionado por oligossacarídeos específicos - Os tipos sanguíneos A e B são decorrentes de oligossacarídeos (N-Acetil Galactosamina e Galactose)

Polissacarídeos São sintetizados a partir da junção de centenas de monossacarídeos através da condensação e formação de ligações glicosídicas Apresentam importante papel estrutural e/ou como reserva energética em muitos organismos: Os polissacarídeos mais comuns são todos polimeros da glicose: Amido, Glicogênio, Celulose e a Quitina (polissacarídeo modificado)

Polissacarídeos O Amido é um polímero da α-Glicose e a Celulose é polímero da β-Glicose A posição das ligações e a conformação das moléculas são importantes na estrutura e na função dos polissacarídeos β-Glicose α-Glicose

Amido É a mais importante reserva energética das plantas (estocada nos amiloplastos) Amido é composto por centenas de monômeros α-Glicose que formam ligações glicosídicas “1 – 4”:

Amido Estas ligações glicosídicas causam um enrolamento na molécula a medida que esta vai sendo polimerizada Há duas formas comuns de amido: - Amilose: formada por milhares de monômeros de glicose e não apresenta ramificações - Amilopectina: polímero de Glicose que apresenta ramificações. Estas ramificações são formadas em pontos onde os monômeros de glicose formam ligações do tipo “1 – 6”

Amido Ramificação

Formação de Amido (Amilose) OH O CH2OH OH O CH2OH Na verdade forma espirais OH O CH2OH OH O CH2OH OH O CH2OH OH O CH2OH Glicose Plant starch comes in many forms, but most are straight-chain (unbranched) polymers of glucose. The CH2OH groups bump into each other forcing the chain into a spiral. Polimerização da glicose na formação de Amido OH O CH2OH OH O CH2OH OH O CH2OH OH O CH2OH OH O CH2OH

Amido OH O CH2OH CH2

Glicogênio Também é um polissacarídeo de α-Glicose, entretanto é encontrado em animais As ramificações da molécula de glicogênio são compostas por 10 ou mais monômeros de glicose Estas ramificações apresentam também ligações glicosídicas do tipo “1 – 6” e são facilmente quebradas (liberação de glicose!)

Glicogênio Em humanos o glicogênio é utilizado, nos tecidos musculares e no fígado, como uma reserva de “curto período” (aprox. 24 h) Poucos animais (Ex. lesmas) possuem o glicogênio como reserva energética, ao invés de gordura Nenhum animal produz ou armazena amido

Glicogênio

Celulose É o principal componente da Parede Celular das células vegetais e o composto orgânico mais abundante no planeta

Celulose É o principal componente da Parede Celular das células vegetais e o composto orgânico mais abundante no planeta As plantas produzem cerca de 100 bilhões de toneladas de celulose a cada ano

Celulose As ligações glicosídicas (1 – 4) da β-Glicose proporcionam a formação de longas cadeias lineares na molécula de celulose Estas ligações também proporcionam que grupos -OH de uma molécula de celulose possam formar Ligações de Hidrogênio com uma molécula de celulose adjacente formando assim as Microfibrilas (vistas na Parede Celular)

Celulose

Celulose X Amido

Celulose A celulose não é digestível para a maioria dos organismos. Poucos organismos possuem as enzimas necessárias para quebrar esta molécula Decompositores, como algumas espécies de Bactérias e Fungos apresentam enzimas necessárias para sua digestão Muitos herbívoros apresentam Digestão Assistida por Bactérias e podem então utilizar os monômeros de Glicose resultantes do processo de digestão da celulose

Celulose Cupins também se beneficiam das capacidades digestivas de bactérias, as quais habitam o protozoário que vive no intestino destes insetos

Celulose A celulose e compostos relacionados formam a maior parte do que chamamos de Fibras As Fibras são essenciais para a otimização das funções intestinais Grãos inteiros, vegetais e frutos inteiros são boas fontes de fibra

Celulose

OH O CH2OH HO OH O CH2OH HO OH O CH2OH HO O CH2OH OH O CH2OH HO O Note that the bonds connecting the glucoses in cellulose are alternating up and down, unlike in starch. The chains are crosslinked with hydrogen bonds. OH O CH2OH HO O CH2OH OH O CH2OH HO O CH2OH OH O CH2OH

Carboidratos Modificados A substituição de grupos funcionais na molécula de Glicose produz um número de Intermediários Metabólicos importantes Esses Intermediários Metabólicos incluem moléculas de açúcares fosfatados que participam dos processos de Respiração Celular e de Fotossíntese a Glicosamina é um componente estrutural da matriz extracelular de células animais e a Galactosamina é encontrada no tecido cartilaginoso de vertebrados

Carboidratos Modificados Ambas, Glicosamina e Galactosamina são originadas pela substituição de grupo – OH por um Amino

Quitina É composta por cadeias de N-Acetil Glicosamina A N-Acetil Glicosamina apresenta um grupo funcional contendo Nitrogênio substituindo a Hidroxila em cada subunidade de Glicose Forma o Exoesqueleto de muitos dos animais Invertebrados (maioria Artrópodes) e a parede celular da maioria dos Fungos

N H C O CH3 N H C O CH3 O CH2OH N H C O CH3 N H C O CH3 N H C O CH3 N-acetil glicosamina N H C O CH3 N H C O CH3 The hard outer covering of arthropods, like beetles, is composed mostly of chitin. It is very resistant to degradation and digestion. Only a few animals can digest chitin, among them, some insectivorous birds. O CH2OH N H C O CH3 N H C O CH3 N H C O CH3

Quitina Polímero de Quitina

Quitina Muitos Exoesqueletos apresentam também cristais de Carbonato de Cálcio impregnados na molécula de Quitina A Quitina também é usada na medicina para produzir linhas cirúrgicas que se decompõem após um tempo