PEQUENAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS

Apresentação em tema: "PEQUENAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS"— Transcrição da apresentação:

1 PEQUENAS MOLÉCULAS BIOLÓGICAS
Principais átomos em células: C, H, N, O contribuem cerca de 99% do peso da célula. A água (H2O) contribui cerca de 70% do peso da célula.

2 Uma ligação covalente forma-se quando dois átomos
Molécula de água: Dois átomos de hidrogénio estabelecem ligações covalentes com um átomo de oxigénio. Uma ligação covalente forma-se quando dois átomos se aproximam um do outro e partilham um ou mais electrões. A ligação covalente é forte. Carácter polar: Embora uma molécula de água tenha carga global neutra, tem os electrões distribuídos de forma assimétrica. O núcleo do oxigénio atrai mais fortemente os electrões do que os núcleos de hidrogénio, deixando estes com uma pequena carga positiva. Ligações de hidrogénio: Duas moléculas de água podem ligar-se por interacção entre a região de carga positiva na vizinhança de um átomo de hidrogénio e a região de carga negativa na vizinhança de um átomo de oxigénio. A ligação de hidrogénio é fraca.

3 Moléculas hidrófilas e hidrofóbicas.
Em resultado do seu carácter polar, as moléculas de água têm tendência a agregar-se em torno de iões e de outras moléculas polares, isto é, de moléculas hidrófilas. Moléculas não polares interrompem as ligações de hidrogénio sem formar interacções favoráveis com as moléculas de água. São portanto hidrofóbicas e insolúveis em água.

4 Ácidos e bases Um ácido é uma molécula que tende a ceder um ião H+ (protão). Uma base é uma molécula que tende a aceitar um ião H+. A própria água tem tendência a ionizar-se podendo agir quer como ácido quer como base.

5 Um átomo de carbono forma 4 ligações covalentes
Esqueletos de Carbono Um átomo de carbono forma 4 ligações covalentes com átomos de outros elementos ou com outros átomos de carbono. Neste caso podem formar cadeias, árvores ou anéis. = =

6 Tipos muito frequentes de combinações de átomos:
Metil CH3 Hidroxil OH Carboxil COOH Amino NH2 O grupo carboxil é constituinte de ácidos: O grupo amino é básico:

7 formam-se pela combinação de um ácido com um alcool
Compostos com C-O Alcool Aldeido Cetona Em aldeidos e cetonas, o grupo C=O designa-se carbonilo Ésteres formam-se pela combinação de um ácido com um alcool

8 Na água combinam-se com um ião H+ adquirindo carga positiva.
Compostos com C-N Aminas Na água combinam-se com um ião H+ adquirindo carga positiva. São portanto compostos básicos. Amidas Resultam da combinação de um ácido e uma amina. Não têm carga na água. A ligação peptídica é um exemplo. O C e N também formam aneis como nas purinas e pirimidinas, constituintes dos ácidos nucleicos.

9 Representa-se frequentemente por Pi.
Fosfatos O fosfato inorgânico é um ião estável formado a partir de ácido fosfórico (H3PO4). Representa-se frequentemente por Pi. Ésteres de fosfato podem formar-se entre um fosfato e um grupo hidroxil

10 A combinação de um fosfato e um grupo carboxilo ou de
dois ou mais fosfatos resulta num ácido anídrico. Monofosfatos Difosfato

11 As principais pequenas moléculas são:
Pequenas moléculas biológicas contêm até cerca de 30 átomos de carbono. Algumas das pequenas moléculas são intermediários na formação de macromoléculas (ex: ácidos nucleicos e proteinas). As principais pequenas moléculas são: Açucares Ácidos gordos Aminoácidos Nucleotidos

12 Açucares Os açucares mais simples são os monossacáridos, cuja fórmula geral é (CH2O)n em que n é um inteiro entre 3 e 7. H O C H C OH HO C H H C O Glucose Frutose Ribose HEXOSES PENTOSE

13 Note-se que os monossacáridos são aldeidos (ex: glucose e ribose)
ou cetonas (ex: frutose), ou seja, cetoses ou aldoses. O grupo aldeido ou o grupo cetona em moléculas com mais de 4 átomos de carbono pode reagir com um grupo hidroxilo na mesma molécula.

14 Da reacção anterior resulta uma estrutura em anel,
como exemplificado abaixo para o caso da ribose. Note-se a numeração dos átomos de carbono: O átomo de C do grupo aldeido recebe o número 1. Os restantes Cs são numerados em crescendo a partir do 1º.

15 Oligossacáridos e polissacáridos
Dissacáridos Glucose + Glucose Ligação glicosídica entre açucar e outro composto ou entre açucar e outro açucar ou entre açucar e o mesmo açucar. Oligossacáridos e polissacáridos Vários ou muitos monossacáridos associados por ligações glicosídicas.

16 Uma molécula de ácido gordo tem duas regiões:
Ácidos gordos Uma molécula de ácido gordo tem duas regiões: Hidrocarboneto mais ou menos longo e mais ou menos insaturado. Note que um hidrocarboneto tem C e H e não O (não confundir com hidrato de carbono que têm H, C e O). Esta região é hidrófoba e pouco reactiva. (ii) Um grupo carboxílico (COOH) que se encontra ionizado em solução (COO-), hidrófilo e que pode reagir prontamente com grupos hidroxilo e amino de outras moléculas para formar ésteres e amidas. Hidrófobo hidrófilo

17 Como se relacionam estas propriedades com a constituição de membranas biológicas?

18 Aminoácidos Estrutura geral H H2N C COOH R Amino ácido C C
Carbono alfa Grupo lateral R Para os aminoácidos constituintes de proteínas, R é um de 20 possíveis grupos laterais.

19 Acídicos Básicos Polares sem carga Apolares
R confere a um particular aminoácido as propriedades que o distinguem de outros aminoácidos Os 20 diferentes Rs, ou seja, 20 diferentes aminoácidos podem classificar-se em quatro grupos de acordo com a carga e polaridade de R. Acídicos Básicos Polares sem carga Apolares

20 Ácido aspártico (Asp ou D) Àcido glutamico (Glu ou E)
Aminoácidos acídicos Ácido aspártico (Asp ou D) Àcido glutamico (Glu ou E) H H2N C COOH CH2 C O O- Exemplo: Ácido aspártico – grupo R é acídico

21 Aminoácidos básicos Lisina (Lys, K) Arginina (Arg, R)
Histidina (His, H) H H2N C COOH CH2 NH3+ Exemplo: Lisina – grupo R é básico

22 Aminoácidos polares sem carga Asparagina (Asp, N), Glutamina (Glu, Q),
Serina (Ser, S), Treonina (Thr, T), Tirosina (Tyr, Y) H H2N C COOH CH2 OH Exemplo: Serina – grupo OH em R não tem carga mas é polar, logo relativamente hidrófilo

23 Glicina (Gly, G), alanina (Ala, A), Valina (Val, V), Leucina (Leu, L),
Aminoácidos apolares Glicina (Gly, G), alanina (Ala, A), Valina (Val, V), Leucina (Leu, L), Isoleucina (Ile, I), Prolina (Pro, P), Fenilalanina (Phe, F), Metionina (Met, M), Triptofano (Trp, W), Cisteina (Cys, C) H H2N C COOH H H2N C COOH CH2 SH Glicina Cisteina A glicina é o aminoácido mais simples. R = H. A cisteina é o único aminoácido com enxofre

24

25 Ligação peptídica Nas proteínas, os aminoácidos encontram-se associados por uma Ligação amida, designada ligação peptídica H H O N C C H R OH H R O N C C H H OH H H O N C C H R R O N C C H2O H H OH Na ligação peptídica, os 4 átomos na caixa amarela formam um estrutura rígida no plano. Não ocorre rotação em torno da ligação C-N a vermelho. A rotação é livre em torno das ligações a verde (ao carbono alfa). Note-se que no di-péptido uma extremidade contém o grupo amina (vermelho) e a outra o grupo carboxilo (verde).

26 Estrutura de proteínas
Primária – sequência de aminoácidos Secundária - gerada por ligações de hidrogénio envolvendo átomos de aminoácidos distintos da mesma cadeia. As duas principais estruturas São a hélice alfa e a folha beta Terciária - arranjo 3D dos elementos da estrutura secundária Quaternária – Arranjo de cadeias polipeptídicas separadas

27

28 alpha helix

29 Beta-sheet Paralela Anti-paralela

30 Modelo para construir hélice ou folha

31 Bases azotadas Açucares Fosfatos
Pequenas moléculas constituintes dos ácidos nucleicos Bases azotadas Purinas Pirimidinas Açucares Ribose desoxi-ribose Fosfatos

32 BASES AZOTADAS PIRIMIDINA PURINA C N C C N C N C C C C C N N N 4 5 3
1 7 6 C 5 N C C N 1 C N 8 C C C C C 2 N N N 9 4 3 PIRIMIDINA PURINA

33 PIRIMIDINAS N C NH2 O O CH3 N C N C N C H H H H H H H O O O H H H
4 1 NH2 O O CH3 N C N C N C H H H H H H H O O O H H H CITOSINA TIMINA URACILO

34 PURINAS N C C N C C C N N NH2 O N C N C C N C N H H C H C C C H C C N
7 6 5 N C C N 1 8 C C C 2 N N 9 4 3 NH2 O N C N C C N C N H H C H C C C H C C N N N N H H NH2 ADENINA GUANINA

35 AÇUCARES 5CH2OH O OH 4C H H 1C H H 3C 2C H OH OH 5CH2OH O OH 4C H H 1C
OH H Beta-D-Ribose Beta-D-2-Desoxi-Ribose

36 Um, dois ou três fosfatos ligam-se ao carbono na posição 5’ da pentose
Ligação fosfo-éster O P O O- -O 5CH2 O OH 4C H H 1C H H 3C C H OH H

37 NUCLEÓSIDOS Um nucleósido consiste numa base azotada
Ligada a uma pentose por uma ligação N-glicosídica NH2 NH2 N C H N C H H H O H 5CH2OH O 4C H H 1C H H 3C C H OH H O 5CH2OH O OH 4C H H 1C H H 3C C H OH H + H2O

38 Nucleotidos são nucleósidos associados a grupos fosfato
5CH2 O 4C H H 1C H H 3C C H OH H N C NH2 P O O- -O H2O Ligação N-glicosídica: Entre o carbono 1’ da pentose e o N1 de pirimidina (ou N9 de purina). Ligação fosfo-éster: Entre o carbono 5’ da pentose e o grupo fosfato.

39 NOMENCLATURA Base + açucar = nucleósido
Base + açucar + fosfato = nucleótido = nucleósido mono-fosfato P P P P P P Nucleósido di-fosfato Nucleósido tri-fosfato

40 Base Nucleosido Nucleotido
Adenina A Adenosina Adenosina monofosfato AMP Guanina G Guanosina Guanosina monofosfato GMP Citosina C Citidina Citidina monofosfato CMP Uracilo U Uridina Uridina monofosfato UMP Timina T Timidina Timidina monofosfato TMP Se ao nucleósido se ligam 2 ou 3 grupos fosfato, o nome genérico do nucleotido é nucleósido di-fosfato ou tri-fosfato respectivamente. Por exemplo: Adenosina di-fosfato (ADP) Adenosina tri-fosfato (ATP) Se a base azotada não é nomeada: N em vez de A, G, C, T ou U. Logo, a nomenclatura é NMP, NDP ou NTP (Nucleósido mono, di ou tri fosfato) A nomenclatura acima aplica-se a nucleósidos de ribose. Se o açucar é desoxi-ribose, adiciona-se simplesmente o prefixo desoxi (ou d) a todos os nomes. Por exemplo, desoxi-adenosina tri-fosfato (dATP) ou desoxi-nucleósido monofosfato dNMP, etc.

41 Ácidos nucleicos: Polímeros de nucleótidos
associados por ligações fosfo-diéster. Ligação fosfo-diéster: O fosfato a azul pertence ao nucleotido abaixo. Ligação fosfo-éster ao C 5’. No di-nucleótido, o mesmo fosfato está ligado ao C3’ do nucleótido acima P OH Note-se a polaridade da cadeia: Uma extremidade (5’P)tem o grupo fosfato associado a C5’ A outra extremidade (3’OH) tem OH na posição 3’.

42 Estrutura de ácidos nucleicos Estrutura primária monótona
OH Mas: Bases tendem a interagir por ligações de hidrogénio. Estas interacções são conhecidas como emparelhamento . O emparelhamento confere estrutura secundária aos ácidos nucleicos.

43 Emparelhamento entre bases é mediado por
Ligações de hidrogénio e é específico: T A C G Purina interage com pirimidina (Pu-Py). Guanina interage com Citosina: Par (G-C) Adenina interage com Timina ou com Uracilo: Pares (A-T) ou (A-U) Estes pares dizem-se complementares Ligações de hidrogénio a vermelho Linhas verticais: Esqueleto açucar-fosfato

44 DNA é tipicamente constituído por duas cadeias complementares
3’-OH 3’-OH 5’-P As duas cadeias correm em direcções opostas, dizendo-se por isso anti-paralelas

45 Mutações Exemplos Substituição de par de bases (bp)
5’-ATTCGACCTA-3’ 3’-TAAGCTGGAT-5’ 5’-ATCCGACCTA-3’ 3’-TAGGCTGGAT-5’ Um par TA substituído por um par CG Deleção de um ou mais bp. 5’-ATTCGACCTA-3’ 3’-TAAGCTGGAT-5’ 5’-ATCGACCTA-3’ 3’-TAGCTGGAT-5’ Deleção do par TA Inserção de um ou mais bp. 5’-ATTCGACCTA-3’ 3’-TAAGCTGGAT-5’ 5’-ATTCGACTCTA-3’ 3’-TAAGCTGAGAT-5’ Inserção de um par TA Inversão de um segmento contínuo. 5’-ATTCGACCTA-3’ 3’-TAAGCTGGAT-5’ 5’-ATTTCGCCTA-3’ 3’-TAAAGCGGAT-5’ Inversão da sequência a vermelho

46 Um modo de representar a polaridade das cadeias
5’-A T C C G G G T T-3’ 5’-A A C C C G G A T-3’ INVERSÃO: suponha que, no interior da molécula em cadeia dupla ocorre inversão da sequência na caixa amarela. Regra: Manter polaridade correcta das cadeias (em linguagem comum o texto tem que parecer normal).

47 5’-A T C C C G G G T T-3’ C G G C C G 5’-A A C C C G G G A T-3’
Inversão equivale a rodar a sequência de 180o no plano do papel 5’-A T C C C G G G T T-3’ C G G C C G 5’-A A C C C G G G A T-3’ Exercício: Rodar caixa amarela nos eixos X, Y e Z em Power Point. 1. Seleccionar caixa 2. Format shape 3. 3-D rotation 4. eixo X, Y ou Z 5’-A A C C C G G G A T-3’ 5’-A T C C C G G G T T-3’ C G G C C G Verificar que rotação de 180o no eixo dos Z produz inversão. De igual modo, combinar duas rotações, 180o no eixo dos X e180o no eixo dos Y produz inversão. Rotações simples em X ou Y não mantêm as letras em posição correcta.

48 Cadeias de DNA formam hélice dupla
~10 bp = 3.4 nm 0.34 nm 2 nm

49 Problema: O genoma Humano é constituído por cerca de 3 x 109 bp. A
Com os dados do slide anterior, calcule o comprimento de DNA (em unidades físicas, m ou cm ou mm…) que se encontra no núcleo de células somáticas humanas (note que células somáticas contêm dois genomas). B Considere o DNA total num núcleo como um cilindro muito longo com a altura determinada em A e o diâmetro de 2 nm (slide). Calcule o volume deste cilindro, ou seja, o volume ocupado por DNA. C Considere o núcleo de uma célula como uma esfera com cerca de 10 um (micrómetros) de diâmetro. Calcule o volume do núcleo. D Que percentagem do volume do núcleo é ocupado por DNA?