Como interagem as Biomoléculas? Era uma vez a vida … Como interagem as Biomoléculas?

1º Seminário Orientado de Bioquímica I Era uma vez a vida. Como é que as biomoléculas interagem? Trabalho realizado por: Adriana Roque, Adriana Formiga, Afonso Castelo Branco, Alicia Rebelo e Ana Carolina Lopes

O que são biomoléculas -Moléculas de grandes dimensões e complexidade -São polímeros, resultam da união de várias moléculas mais simples, os monómeros -Apresentam um elevado grau de organização numa estrutura tridimensional -São constituídas por um reduzido nº de componentes químicos: C, H, N e O são os maioritários -

Principais classes de biomoléculas Lípidos Ácidos Nucleicos Proteínas Glícidos

Importância do Carbono -Todas as biomoléculas são constituídas por carbono, ou seja são esqueletos carbonados -Forma ligações covalentes muito estáveis: .Após sofrer hibridação apresenta 4electrões desemparelhados .Ao ligar-se ao H, apresenta 1e- desemparelhado . Ao ligar-se ao O, apresenta 2e- desemparelhados . Ao ligar-se ao N, apresenta 2e- desemparelhados Deste modo o C, O, H e N podem formar novas ligações covalentes aumentando diversidade química das biomoléculas

Importância biomoléculas -As interacções entre biomoléculas são fundamentais no estudo dos mecanismos de doença. -60% dos novos fármacos integram proteínas que irão interagir com as proteínas do organismo.

Interacções entre biomoléculas Ligações covalentes: ligações entre átomos Forças Van der Walls: forças de atracção entre moléculas polares Ligações de hidrogénio: forças atractivas entre iões de cargas opostas Interacções hidrofóbicas: forças de repulsão a água e moléculas com grupos apolares As interacções químicas das biomoléculas devem-se as ligações químicas dos seus grupos funcionais.

Grupos funcionais -Grupos de natureza orgânica responsáveis pelas reacções dos compostos -Cada biomolécula contem diferente nº de grupos funcionais que determinam a sua reactividade Grupos funcionais .Álcoois: contêm o grupo hidróxido (OH) .Éteres: contêm o grupo R-O-R’ em que R e R’ são grupos alquilo ou anilo .Aldeídos e Cetonas: contêm o grupo carbonilo ( ) .Ácidos carboxilos: contêm o grupo carboxilo (COOH) .Ésteres: contêm o grupo R´-COOR", em que R e R' são quaisquer grupos orgânicos ligados .Aminas: contêm o grupo R3N em que R é H ou um grupo alquilo ou anilo -Sabendo quais os grupos funcionais presentes num composto podemos muitas vezes prever futuras reacções

Hierarquia da organização molecular da célula

Formação de uma Proteína, de um Hidrato de Carbono e de um ácido nucleico através da interacção entre as unidades básicas das biomoléculas – aminoácidos, monossacarídeos e nucleótidos, respectivamente

Proteínas As proteínas são aglomerados de aminoácidos que se ligam entre si através de interacções (ligações não covalentes).

Os aminoácidos são moléculas que contém um grupo carboxilo (COOH) e um grupo amina (NH3). As ligações entre aminoácidos denominam-se por ligações peptidicas e estabelecem-se entre o grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxilo de outro aminoácido e dá-se a perda de uma molécula de água.

As proteinas são compostos orgânicos de estrutura complexa e massa molecular elevada ( entre 15.000 e 20.000.000 u ) e são sintetizadas pelos organismos vivos através da condensação de um grande número de moléculas de alfa-aminoácidos, através de ligações denominadas ligações peptídicas. São também compostos quaternários de carbono ( C ), hidrogênio ( H ), oxigênio ( O ) e azoto ( N ), e constituídas por dois grupos funcionais: o grupo amina (R-NH- ) e o grupo carboxilo ( R-CO-), derivados dos aminoácidos e que estabelecem as ligações peptídicas.

Existem 23 aminoácidos conhecidos, dos quais 8 são essenciais ( essenciais significa que o nosso organismo não é capaz de produzir, por isso temos de os ingerir através dos alimentos para os possuir). Uma cadeia de aminoácidos denomina-se de "peptideo", estas podem possuir 2 aminoácidos (dipeptídeos ), 3 aminoácidos ( tripeptídeos ), 4 aminoácidos ( tetrapeptídeos ), e muitos aminoácidos ( polipeptídeos ). O termo proteina é dado quando na composição do polipeptídeo entram centenas, milhares ou milhões de aminoácidos.

Estruturas tridimensionais das proteinas: As proteinas podem ter 4 tipos de estrutura dependendo de configuração espacial da cadeia polipeptidica, do tamanho da cadeia, e do tipo de aminoácidos que possui. As estruturas são: Estrutura primária: Sequência linear de aminoácidos unidos por ligações péptidicas. Estrutura secundária: Constituída por uma cadeia de aminoácidos em que se estabelecem ligações por pontes de hidrogénio entre os aminoácidos distantes da cadeia. Estas ligações conferem lhe a forma em hélice ou folha pregueada. Estrutura terciária: Resulta do enrolamento da hélice ou da folha pregueada , sendo mantido por pontes de hidrogénio e dissulfito. Esta estrutura confere a actividade biológica às proteínas. Estrutura quaternária: Resulta da associação de várias subunidades com estrutura terciária, estas permanecem unidas através de ligações não covalentes.

Desnaturação: As proteínas podem desnaturar. Isto acontece quando, por acção de substâncias químicas ou do calor as proteínas sofrem alteração da estrutura terciária ou a quebra das ligações não covalentes da estrutura quaternária. As proteínas perdem a sua conformação e, consequentemente, a sua funcionalidade. A desnaturação pode ser: reversível ou irreversível. Renaturação: Dependendo da forma pela qual a proteína foi desnaturada, sua conformação nativa pode ser recuperada (renaturação) retirando-se lentamente o agente desnaturante, como por exemplo fazer uma diálise contra água para retirar o agente desnaturante ureia.

Funções: As proteínas são parte constituínte dos tecidos biológicos e muitas delas funcionam como enzimas. Juntamente com os açucares e lipidios constituem a alimentação básica dos animais. São substâncias sólidas, incolores, coloidais, insolúveis em solventes orgânicos, outros com alguma solubilidade em água, e outros com alguma solubilidade em soluções aquosas diluidas de ácidos, bases ou sais.

Glícidos Os glícidos são compostos orgânicos ternários (constituídos por C, O e H) que podem ser ou aldeídos ou cetonas. De acordo com a sua complexidade podem-se considerar três grandes grupos de glícidos: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos Estes compostos orgânicos simples são, de facto as biomoléculas mais abundantes de entre as quatro maiores classes.

Funções dos glícidos Função energética (metabolismo) Função de reserva Função estrutural (celulose e quitina) Função de regulação Função de crescimento

Monossacarídeos Os monossacarídeos, ou oses, sãos os glicidos mais simples pois não podem ser hidrolisados. A sua fórmula química geral é então (C.H2O)n, em que n é um número entre 3 e 9

Os monossacarideos podem então ser classificados de acordo com duas características essenciais: A localização do grupo funcional carbonilo; Se o grupo Carbonilo estiver numa extremidade da cadeia de carbono, estamos perante um aldeído, ou seja, o monossacarídeo é uma aldose. Se o grupo Carbonilo estiver algures no meio da cadeia de carbono, estamos perante uma cetona, ou seja, o monossacarídeo é uma cetose.

2. O número de átomos de carbono que os compõem (entre 3 e 9) Assim, existem trioses (3C), tetroses (4C), pentoses (5C), hexoses (6C), heptoses (7C), etc. sendo as pentoses e as hexoses as mais frequentes. Estes dois sistemas de classificação são frequentemente combinados. Por exemplo, a glicose é uma aldohexose (um aldeído com seis carbonos) e a frutose é uma cetohexose (uma cetona com seis carbonos) frutose

Dissacarídeos Os dissacarídeos (por exemplo, a sacarose e a lactose) são os polissacarídeos mais simples e são compostos pela união de duas oses através de uma ligação covalente conhecida como Ligação Glicosídica formada numa reacção de desidratação, pois uma ose pede um átomo de hidrogénio e a outra ose perde um grupo hidroxilo. Assim, a fórmula geral dos díssacarídeos é C12H22O11.

Oligossacarídeos e polissacarídeos São oligossacarídeos as moléculas constituidas por 2 a 10 monossacarídeos unidos entre si. Se este número for superior, as moléculas denominam-se polissacarídeos.

LÍPIDOS Os lípidos não são polímeros,isto é, não são repetições de uma unidade básica. Biomoléculas insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos éter, acetona,álcool, sulfureto de carbono e tetracloreto de carbono ”semelhante dissolve semelhante”.

- 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;   - São moléculas que podem funcionar como combustível alternativo à glicose   - Oferecem isolamento térmico, eléctrico e mecânico para protecção de células e órgãos e para todo o organismo, o qual ajuda a dar a forma estética característica;   - Dão origem a moléculas mensageiras, como hormonas, prostaglandinas, etc.   - As gorduras (triacilgliceróis), devido à sua função de substâncias de reserva, são acumuladas principalmente no tecido adiposo, para ocasiões em que há alimentação insuficiente.

Sob o ponto de vista energético, os lípidos são compostos muito energéticos devido ao elevado número de ligações C-H, atingindo o dobro da capacidade dos hidratos de carbono (cerca de 9 kcal por grama, comparativamente com os 4 kcal pelo mesmo peso de hidratos de carbono). A grande heterogeneidade dos lípidos justifica a existência de diversas classificações. Uma delas, que é a mais simples, agrupa os lípidos em três classes: lípidos simples, lípidos conjugados e lípidos derivados.

Lípidos SIMPLES Compreendem os GLICERIDEOS e as CERAS Ésteres do glicerol e de ácidos gordos Ésteres de mono-álcoois de elevado peso molecular Saturados ou insaturados obedecem à fórmula CH3-(CH2)n-COOH possuem nº par de átomos de carbono Tri-álcool com 3 carbonos solúvel na água e insolúvel ou pouco solúvel nos solventes orgânicos

Lípidos CONJUGADOS -Álcool estrutural e ácidos gordos -Fosfato -Bases azotadas -Açúcares Mais importantes: glicerofosfolípidos (fosfolípidos) esfingolípidos glicolípidos

fOsFoLíPiDoS Constituintes básicos das membranas biológicas Estrutura semelhante à dos triglicerídeos de reserva sendo, porém, constituídos por 4 unidades: 1 molécula de glicerol Duas cadeias de ácidos gordos Um álcool fosforilado

Lípidos DERIVADOS Englobam subst. muito variadas que possuem características dos lípidos, nomeadamente a insolubilidade na água e a solubilidade nos solventes orgânicos. Englobam: Ácidos gordos Álcoois de elevado peso molecular Hidrocarbonetos Vitaminas D,E e K Prostaglandinas Compostos isoprénicos

Compostos isoprénicos Constituem um importante grupo de compostos orgânicos presentes tanto em animais como nas plantas. Têm em comum o facto de resultarem da condensação de unidades de isopropeno (um hidrocarboneto insaturado com 5 átomos de carbono). Entre os compostos isoprénicos encontra-se o colesterol e um grupo de esteróides, do qual fazem parte diversas hormonas como estrogénios.

Nucleótidos

Ácidos nucleicos Ácido nucleico é um tipo de composto químico, de elevado peso molecular, que possui ácido fosfórico, açúcares e bases purícas e pirimidícas. Ocorrem em todas as células vivas e são responsáveis pelo armazenamento e transmissão da informação genética e por sua tradução que é expressa pela síntese precisa das proteínas.

DNA (Ácido desoxirribonucleico) O DNA é uma molécula orgânica que quando transcrita em RNA, tem a capacidade de codificar proteínas. O DNA é composto de uma pentose, grupos fosfato e bases azotadas, As bases do DNA são: Adenina Guanina Citosina Timina Sendo que Adenina se liga por meio de pontes de hidrogênio à Timina, e a Citosina se liga à Guanina. A Cadeia de DNA apresenta-se enrolada numa estrutura dupla-hélice e uma vez no núcleo recebe a acção de histonas e condensa-se para formar os cromossomas O DNA é encontrado em todos os seres incluindo os vírus que ora possuem DNA, ora possuem RNA, porém, rara e recentemente, foram encontrados vírus que possuíam tanto DNA como RNA, ao mesmo tempo.

O DNA replica-se através de uma replicação semi-conservativa onde uma cadeia de DNA dá origem a duas cadeias exactamente iguais.

RNA (Ácido ribonucleico) A composição do RNA é muito semelhante à do DNA, contudo apresenta algumas diferenças. Este é um polímero de nucleótidos, geralmente em cadeia simples, formado por moléculas de dimensões muito inferiores às do DNA. O RNA é constituído por uma pentose (Ribose), por um grupo fosfato e uma base azotada que pode ser adenina (A), guanina (G), citosina (C) e Uracilo (U). O RNA forma-se no núcleo e migra para o citoplasma.

Transcrição do RNA A transcrição consiste na síntese de RNA. É realizada por um complexo enzimático cuja enzima chave é a RNA polimerase, composta por várias subunidades e que realiza a polimerização do RNA a partir de uma cadeia-molde de DNA. Esse processo ocorre em três etapas principais: a iniciação, o alongamento e a terminação.

Metabolismo CATABOLISMO ANABOLISMO Oxidação Redução Degradação Síntese Energia electrões electrões Energia Degradação Síntese