Bioquímica As substâncias da vida

Átomos Moléculas Células Tecidos Sistemas

Componentes da Célula A estrutura e funcionamento das células dependem de moléculas Nos seres vivos, há o predomínio de 6 elementos químicos: Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Fósforo Enxofre CHONPS

Componentes da Célula Água Sais minerais Lipídios Aminoácidos Inorgânicas: Água Sais minerais Orgânicas Lipídios Aminoácidos carboidratos nucleotídeos

Água Água – 70% da massa da célula Ângulos das ligações e eletronegatividade dos elementos conferem características adicionais a molécula Pontes de Hidrogênio

Água - Funções Solvente de íons Veículo de transporte Hidrólise – reações químicas Variação de temperatura

Sais Correspondem a 2 ou 3% Controle da osmose Cofatores de enzimas Polarização da Membrana Plasmática Íons tampões – manutenção do pH

Estrututas, grupos funcionais e suas propriedades Química Orgânica Estrututas, grupos funcionais e suas propriedades

Química Orgânica Estudo das Estruturas, propriedades e reações de compostos de carbono (nem todo composto de carbono é orgânico). Relação entre a estrutura de uma molécula e suas reações, proporcionando o estudo das etapas que ocorrem em cada tipo de reação.

Teoria da Força Vital Acreditava-se que somente os seres vivos sintetizavam substâncias orgânicas; 1828 – Wohler: Síntese da Ureia (cianato de amônio).

Teoria da Força Vital A partir de 1854: Berthelot realizou uma série de experiências e em 1862 obteve a polimerização do acetileno em benzeno. Derruba-se a Teoria da Força Vital.

Constituição das moléculas Orgânicas Maior Frequência - Elementos Organógenos C H O N Menor Frequência - S, P e os elementos da família 7A: F Cl Br I At.

Carbono- Propriedades Gerais O C forma ligações estáveis com outros átomos de carbono, portanto há a possibilidade de formar cadeias; O C forma ligações estáveis com outros átomos importantes : H, O, N, S; Um átomo de C forma 4 ligações, que podem ser de diferentes tipos, portanto há um aumento do número de arranjos e combinações possíveis.

Compostos de Carbono Ligações covalentes (Não metais); Baixo Ponto de Fusão (< 360°); Maioria: insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos; Soluções aquosas: não conduzem corrente elétrica; Passíveis de combustão; Reações lentas (maioria).

Fórmula Estrutural Indica o modo como os átomos se conectam uns com os outros;

Fórmula Estrutural

Classe Funcional É um conjunto de substâncias que apresentam semelhanças na fórmula estrutural e, por consequência, possuem propriedades químicas semelhantes.

Grupos Funcionais Grupo funcional: um átomo ou grupo de átomos característico de uma certa classe funcional. Ex:    CH4     (ou CH3-H)     metano: hidrocarboneto                     (CH3-OH)     -CH3 : R (grupo alquila)      -OH  : álcool (grupo hidroxila) 

Grupos Funcionais - Importância Substâncias químicas com o mesmo grupo funcional apresentam propriedades químicas semelhantes. Os grupamentos funcionais determinam a reatividade das moléculas orgânicas, ou seja, a estrutura da molécula determina suas reações.

Hidrocarbonetos São compostos constituídos por, apenas, átomos de carbono e hidrogênio. Ex: ampla gama de combustíveis (metano, propano, acetileno).

Alcoóis Os alcoóis são compostos com semelhança estrutural de apresentar grupo OH ligado a um carbono saturado (ligações simples). Ex: etanol, metanol.

Fenóis São cadeias aromáticas (hidrocarbonetos) ligados a uma ou mais hidroxilas. Diferindo-se dos alcoóis por apresentarem estrutura em anéis rodeados por grupos OH. Antisépticos.

Éteres São compostos por um átomo de oxigênio entre duas cadeias carbônicas (hidrocarbonetos). Propriedades anestésicas. Ex: éter comum.

Ésteres São semelhantes aos éteres por possuírem átomos de oxigênio entre as cadeias carbônicas (radicais). Diferem-se dos éteres por possuírem um grupo carbonilo (CO) também entre os carbonos. Ex: Flavorizantes de balas e doces.

Aldeídos São formados por um radical orgânico (alifático ou aromático) ligado a um ou mais grupos formilo (H- C=O). Ex: Carboidratos (aldose), etanal (enjôo e dor de cabeça).

Cetonas São compostas por dois radicais orgânicos (alifáticos ou aromáticos) ligados entre si pelo grupo carbonilo (C=O). Ex: Acetona comercial (propanona - CH3COCH3); Carboidratos (cetose).

Aminas Compostos nitrogenados onde até três radicais orgânicos se ligam a um átomo de nitrogênio pela substituição de átomos de hidrogênio da molécula de amônia. Um radical liga-se ao -NH2, dois radicais a -NH e três radicais a -N. Ex: Purina, Pirimidina, corantes.

Amidas São compostos nitrogenados onde até três acila (R- C=O) se ligam a um átomo de nitrogênio pela substituição de átomos de hidrogênio do amoníaco. Amidas possíveis são: RCONH2, (RCO)2NH, e (RCO)3N. Ex: proteínas, náilon, ureia.

Ácidos carboxílicos São radicais alquila, alquenila, arila ou hidrogênio ligados a pelo menos um grupo carboxílico (C=O-OH). Geralmente, são ácidos fracos (liberam poucos íons H+ em meio aquoso). Ex: Vinagre.

Haletos orgânicos São compostos formados por no mínimo um halogênio (-F, -Cl, -Br e -I) que substituem átomos de hidrogênio pela reação de halogenação. Ex: CFCs (clorofluorcarbonetos), Clorofórmio.

Propriedades Físicas As propriedades físicas de um composto orgânico são importantes, pois elas determinam as condições sobre as quais o composto é manuseado e utilizado.

Propriedades Físicas Temperatura de Fusão Temperatura de Ebulição Solubilidade Dependem das forças intermoleculares: Ligações de Hidrogênio Interações Dipolo-Dipolo Interações Dipolo instatâneo-dipolo induzido

Ligações Intermoleculares

Interações dipolo-dipolo Força de atração entre os dipolos das moléculas, devido a diferença de eletronegatividade; Substâncias polares. Ex: HCl

Ligações de Hidrogênio Ligações mais fortes que dipolo-dipolo; Interações que ocorrem tipicamente entre moléculas que apresentem átomo de H ligado a F, O ou N (átomo pequeno e muito eletronegativo); Água (H2O), Fluoreto de Hidrogênio (HF), Amônia (NH3).

Interações dipolo instantâneo-dipolo induzido Por um pequenos espaço de tempo aparecem dois pólos na molécula; Dipolo Instantãneo – deslocamento de elétrons; Dipolo Induzido - a extremidade + atraí elétrons da molécula vizinha; Ligações fracas; Substâncias polares e apolares; Único tipo de interação molecular que ocorre em substâncias apolares.

Propriedades Físicas

Temperaturas de Fusão e Ebulição Em geral, elevam-se quanto maior for a massa molar; Aumenta o PE e PF Moléculas maiores e com mais massa

Temperaturas de Fusão e Ebulição Em compostos com massas molares semelhantes, serão maiores quanto mais fortes forem as atrações entre as moléculas; Aumenta o PE e PF Interações moleculares mais fortes

Solubilidade Um composto A se dissolve em um composto B, ocorrendo a quebra das ligações moleculares. Logo, quanto mais próximas forem as polaridades de A e B, maior será a interação entre eles e maior a solubilidade de um com o outro. Tendência: compostos polares se dissolvem em solventes polares, e compostos apolares se dissovem em solventes apolares.

Solubilidade A cadeia carbônica de uma molécula, formada por Carbono e Hidrogênio não possui afinidade pela água (polar). Aumenta o tamanho da Cadeia Carbônica. Diminui a solubilidade em água.

Conceitos básicos Polímeros macromoléculas constituídas pela repetição de moléculas menores = os monômeros heteropolímeros e homopolímeros

Carboidratos

Carboidratos É a molécula mais abundante na Terra, e é produzida a partir da conversão de CO2 e H2O, na fotossíntese. Algumas funções: Açúcar comum e amido – base da nutrição humana; oxidação de carboidratos é a principal via energética dos organismos não fotossintetizantes; Polímeros insolúveis – elementos estruturais e de proteção: parede de vegetais e bactérias, fungos, exoesqueleto de animais (artrópodes); Outros polímeros de carboidratos servem de lubrificantes de articulações; matriz extracelular; capa externa do óvulo; glicoproteínas e glicolipídios – agem como sinais que determinam a localização intracelular.

Carboidratos O termo carboidratos denota hidratos de carbono, designação oriunda da fórmula geral (CH2O)n apresentada pela maioria dessas moléculas. Podem ser divididos em três classes principais de acordo com o número de ligações glicosídicas: Monossacarídeos Oligossacarídeos Polissacarídeos homopolissacarídeos heteropolissacarídeos

Monossacarídeos Também denominados açúcares simples, e consistem numa única molécula de polidroxialdeídos ou cetona. Consistem somente de uma unidade de polidroxialdeídos ou cetonas, as quais podem ter de três a sete átomos de carbono. Devido à alta polaridade, são sólidos cristalinos em temperatura ambiente, solúveis em água e insolúveis em solventes não polares.

oligossacarídeos Os oligossacarídeos são formados por cadeias curtas de monossacarídeos. Os mais comuns são os dissacarídeos (formados por duas cadeias de monossacarídeos), dos quais se destacam a sacarose (açúcar da cana) e a lactose (açúcar do leite)

Polissacarídeos Os polissacarídeos, ou também chamados de glicanos, são açúcares contendo mais de 20 unidades de monossacarídeos. Alguns deles podem possuir milhares de monossacarídeos e são a forma predominante dos carboidratos na natureza.

Polissacarídeos Quando os polissacarídeos contêm apenas um tipo de monossacarídeo, ele é denominado de homopolissacarídeo. Se estiverem presentes dois ou mais tipos de monossacarídeos, o resultado é um heteropolissacarídeo

Lipídios

Lipídios Conjunto de substâncias químicas pela sua alta solubilidade em solventes orgânicos e baixa solubilidade em água; São biomoléculas que exibem uma grande variedade estrutural; Encontram-se distribuídos em todos os tecidos, principalmente nas membranas celulares e nas células de gorduras; Substâncias que, por hidrólise, fornecem ácidos graxos e outros compostos; Os lipídios abrangem um número muito vasto de substâncias, razão pela qual não é possível defini-los exatamente;

Lipídios Podem combinar-se com outras classes de compostos, tais como proteínas (lipoproteínas) e carboidratos (glicolipídeos) Juntamente com os carboidratos e proteínas, formam o grupo de compostos mais importantes em alimentos e mais frequentemente encontrado na natureza, tanto em vegetais como em animais; Todos os lipídios contêm na molécula carbono, hidrogênio e oxigênio; em algumas classes são encontrados fósforo, nitrogênio, e às vezes enxofre.

Propriedades Geralmente incolores; Pouco consistentes; Apresentam densidade menor que a água na qual são insolúveis; São solúveis em sulfeto de carbono, clorofórmio, éter etílico, acetona, benzeno, gasolina e outros solventes orgânicos; Desempenham funções biológicas de extrema importância.

Propriedades físicas dos lipídios Caráter anfipático; Ponto de fusão dependente da estrutura da cadeia; Esterificação; Saponificação.

Classificação A grande heterogeneidade dos lipídios justifica a existência de diversas classificações. Saponificáveis e insaponificáveis; Simples, conjugados e derivados; Lipídios de armazenamento e lipídios de membrana.

Classificação Lipídios saponificáveis – possuem ácidos graxos em sua composição e reagem formando sabões. São as biomoléculas mais energéticas. Ácidos graxos saturados – São encontrados no reino animal. Ex.: ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido margárico, ácido esteárico, ácido araquídico e ácido lignogérico; Ácidos insaturados – São encontrados no reino vegetal. Ex.: ácido palmitoleico, ácido oleico, ácido elaídico, ácido linoleico e ácido araquidônico;

Classificação Lipídios saponificáveis Fosfolipídios – são caracterizados por ter um grupo de fosfato na sua configuração molecular; Glicolipídios – estes lipídios são ligados a um açúcar.

Classificação Lipídios insaponificáveis – não possuem ácidos graxos. Não são energéticos mas desempenham funções fundamentais no metabolismo. Terpenos – são derivados do hidrocarboneto isopreno. Ex.: vitamina E, A, K e óleos essenciais; Esteróides – são derivados do hidrocarboneto esterano. Ex.: ácidos biliares, hormônios sexuais, vitamina D e colesterol; Eicosanóides – são derivados de ácidos graxos essenciais ômega 3 e ômega 6. Ex.: prostaglandinas, tromboxanos e leucotrienos.

Classificação Lipídios simples São aqueles que quando sofrem quebra pela molécula de água, produzem ácidos graxos e álcoois. Compreendem os glicerídios e as ceras. Os glicerídos são ésteres do glicerol e de ácidos graxos; são habitualmente designados por óleos ou gorduras, consoante se encontram em estado líquido ou sólido, à temperatura ambiente. As ceras são igualmente ésteres, mas de monoálcoois de elevado peso molecular;

Classificação Exemplos Substância Fórmula geral Monoglicerídios Triglicerídios Diglicerídios Ceras

Classificação Lipídios conjugados/complexos Contrariamente aos lipídios simples, os lipídios conjugados contem na sua molécula, outras substâncias para além do álcool estrutural e dos ácidos graxos, como fosfato, bases azotadas, açúcares, etc. Os mais importantes no contexto da biologia da célula, são os glicerofosfolípidos, os esfingolípidos e os glicolípidos.

Classificação Exemplos Substância Fórmula geral Fosfolipídios Esfingolipídios

Classificação Lipídios derivados Nesta classe encontram-se substâncias muito variadas, que possuem características dos lipídios, nomeadamente a insolubilidade na água e as solubilidade nos solventes orgânicos. Englobam-se aqui os ácidos gordos, os álcoois de elevado peso molecular, os hidrocarbonetos, as vitaminas D, E e K, os compostos isoprénicos e as prostaglandinas;

Classificação Lipídios derivados Entre os compostos isoprênicos, merece-nos destaque, no contexto da biologia celular, o grupo dos esteróides, do qual fazem parte diversas hormônios e o colesterol. O colesterol é um importante elemento constituinte da membrana celular.

Classificação Lipídios derivados Colesterol Produzido no fígado e presente na alimentação; Importante para: Estrutura do corpo humano (células); Crescimento; Reprodução; Produção da vitamina D.

Classificação Lipídios de membrana Principais: fosfolipídios, glicolipídios e esteróis; Moléculas anfipáticas (“caudas” apolares e “cabeças” polares) são agregadas em micelas. Nestas, as caudas hidrofóbicas ficam voltadas para o interior e as cabeças polares ficam em contato com a água. Os lipídios organizam-se em duas monocamadas e posteriormente formam uma lâmina bidimensional. Representação esquemática de um fosfolipídio Micela constituída por agregado de lipídios de cauda dupla Bicamadas lipídicas

Função Reserva de energia em animais e sementes oleaginosas, sendo a principal forma de armazenamento os triacilgliceróis (triglicerídeos); Armazenamento e transporte de combustível metabólico; Componente estrutural das membranas biológicas; Age como suporte mecânico para certos órgãos protegendo- os contra choques e traumatismos; Oferecem isolamento térmico, elétrico e mecânico para proteção de células, órgãos e para todo o organismo, o qual ajuda a dar a forma estética característica; Dão origem a moléculas mensageiras.

Conteúdo - Parte II Ácidos graxos Óleos e gorduras Aspectos práticos de lipídios em saneamento

Ácidos graxos São ácidos monocarboxílicos de cadeia normal que apresentam o grupo carboxila (–COOH) ligado a uma longa cadeia alquílica, saturada ou insaturada; Os ácidos graxos livres ocorrem em quantidades pequenas nos óleos e gorduras. No entanto, participam da construção das moléculas de glicerídios e de certos não glicerídios, representando até 96 % da massa total dessas moléculas.

Ácidos graxos Propriedades químicas Ocorrência Salificação: reagem com bases formando sais orgânicos; Esterificação: reagem com álcoois produzindo ésteres Ocorrência Os ácidos graxos insaturados são mais comumente encontrados na gordura vegetal, enquanto os saturados são mais encontrados em gordura animal.

Ácidos graxos Com algumas exceções, todos os ácidos encontrados na natureza são de alto peso molecular, em geral de cadeia linear (denominados também ácidos graxos normais), saturados e insaturados. Gorduras de animais e plantas terrestres têm ácidos com cadeias de dezesseis a dezoito átomos de carbono, com predominância destes últimos.

Ácidos graxos Ácidos com vinte ou mais carbonos são comuns em gorduras de animais marinhos. A grande maioria dos ácidos graxos encontrados em gorduras naturais tem número par de carbonos na cadeia, e quando insaturados, na maioria das vezes, têm a configuração cis.

Ácidos graxos Nomenclatura: A nomenclatura dos ácidos graxos é feita simplesmente pela substituição do sufixo O do hidrocarboneto com o mesmo número de carbonos na cadeia, pelo sufixo ÓICO.

Ácidos graxos Propriedades físicas As propriedades físicas dos ácidos carboxílicos mostram diferenças marcantes em relação às mesmas propriedades físicas dos alcoóis de mesmo peso molecular.

Ácidos graxos Propriedades físicas Os pontos de fusão e ebulição dos ácidos aumenta de maneira mais ou menos uniforme com o aumento da cadeia, e são influenciados pelo comprimento da cadeia, presença de ramificações e substituintes. Nos ácidos insaturados também pelo número e posição da duplas ligações.

Óleos e gorduras Os óleos e gorduras são uma complexa mistura de compostos químicos, sendo as suas propriedades físico- químicas resultantes da interação de todos esses componentes. São usualmente denominados acilgliceróis. Óleos e gorduras diferem entre si apenas pelo fato de que, à temperatura ambiente, as gorduras são sólidas e os óleos líquidos, o que é pouco significativo, uma vez que, dependendo da temperatura ambiente, é difícil classificar-se um composto como óleo ou gordura.

Óleos e gorduras Acilgliceróis, é o nome mais atual para os glicerídios, que são ésteres de ácidos graxos e glicerol, e nesta classe de compostos os triacilgliceróis (compostos nos quais as três hidroxilas do glicerol estão esterificadas a ácidos graxos) são os mais importantes por serem os componentes principais dos óleos e gorduras.

Acilgliceróis Os triacilgliceróis podem ser constituídos por espécies diferentes de ácidos graxos, ou por ácidos graxos da mesma espécie, estes últimos denominados triglicerídios simples.

Acilgliceróis Nomenclatura Os triglicerídios, nomeados conforme o número de ácidos graxos existentes na molécula, podem ser designados como monoacilglicerol (um ácido graxo). Diacilglicerol (dois ácidos graxos), triacilglicero (três ácidos graxos). O termo acilglicerol é reservado para glicerídeos em geral.