Bioquímica – Prof. Dr. Marcelo Soares Macromoléculas

Bioquímica – Prof. Dr. Marcelo Soares

MacromoléculMacromoléculasas

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:

Essas moléculas são responsáveis pelas funções das células:

- Suporte Estrutural;

- Proteção;

- Transporte;

- Fornecimento de Energia

- Carboidratos;

- Lipídeos; - Proteínas;

- Ácidos Nucléicos

- Armazenamento de Energia

- Regulação;

- Defesa;

- Motilidade;

- Armazenamento de Informação

Macromoléculas

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

Macromoléculas

MacromoléculasA 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

Síntese por Desidratação (Condensação) HidróliseSíntese por Desidratação (Condensação) Hidrólise

Macromoléculas

CarboidratosCarboidratos

Bioquímica I – Prof. Dr. Marcelo Soares

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 MONOSSACARÍDEOSMonossacarídeos diferem no no de átomos de Carbono e na organização dos átomos de Hidrogênio e Oxigênio

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 biológicaOrganização 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

- Monossacarídeos: são as subunidades ou monômeros a partir das quais outros carboidratos são formados

Carboidratos

Açúcares Simples:

- Dissacarídeos: são formados por 2 monossacarídeos, através de uma reação de condensação

Carboidratos Complexos

- Oligossacarídeos: apresentam de 3 a 20 monossacarídeos

Carboidratos

- Polissacarídeos: grandes polímeros constituídos de centenas de monossacarídeos

Servem de fonte básica de energia para virtualmente todos os seres vivos

Função dos Carboidratos

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)

Quimicamente, monossacarídeos contém Carbono, Hidrogênio e Oxigênio, com a razão entre eles sendo:

Estrutura dos Monossacarídeos

(C·H2O)n ou Cn(H2O)n

Ex.: Glicose C6H12O6

Os grupos funcionais dos monossacarídeos são:

Estrutura dos Monossacarídeos

Carbonila -C=O

Hidroxila OH-

Um monossacarídeo terá um grupo funcional Carbonila, os demais átomos de Oxigênio estarão todos em grupos funcionais Hidroxila

Classificação de Monossacarídeos

São classificados de acordo com a natureza química de seu grupo Carbonila e pelo no de átomos de Carbono:

Monossacarídeos

- 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

Os monossacarídeos menores, contendo 3 átomos de Carbono são denominados de Trioses

Monossacarídeos

Monossacarídeos com 4, 5, 6, 7 ou mais átomos de Carbono são denominados de Tetroses, Pentoses, Hexoses, Heptoses e assim por diante

Classificação de Monossacarídeos

Os monossacarídeos mais comuns encontrados em seres vivos são:

Monossacarídeos

C6H12O6 Glicose, Galactose, Frutose

Alguns com 5 Carbonos Ribose, Ribulose, Desoxirribose, Xilose

Com 3 Carbonos Gliceraldeído

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

Com exceção de algumas bactérias, a Glicose (produto da fotossíntese) é a molécula energética primária nos organismos vivos e o monossacarídeo mais comum

Glicose

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

São formados a partir de 2 monossacarídeos através do processo de condensação (remoção de molécula de H2O)

Dissacarídeos

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

Os Dissacarídeos mais comuns são: Sucrose, Lactose e Maltose

Dissacarídeos

A Maltose é o produto mais comum da quebra do amido e é constituído por 2 alfa-Glicose (2 beta formam Celubiose)

A Sucrose é um Dissacarídeos comum em plantas, formado por Frutose e Glicose

Dissacarídeos

Único que pode ser “legalmente” chamado de sugar Alimentos sugar-free, precisam apenas não possuir Sucrose, podendo apresentar qualquer outro mono ou dissacarídeo (!!).

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

Dissacarídeos

Formação de Dissacarídeos

Ligações Glicosídicas

Compostos por poucos Monossacarídeos ligados entre si

Oligossacarídeos

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)

São também componentes dos Glicolipídeos e das Glicoproteínas encontradas na membrana plasmática

Oligossacarídeos

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)

São sintetizados a partir da junção de centenas de monossacarídeos através da condensação e formação de ligações glicosídicas

Polissacarídeos

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)

O Amido é um polímero da α-Glicose e a Celulose é polímero da β-Glicose

Polissacarídeos

A posição das ligações e a conformação das moléculas são importantes na estrutura e na função dos polissacarídeos

β-Glicoseα-Glicose

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”:

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”

Ramificação

Polimerização da glicose na formação de Amido

OCH2OH

OHOOCH 2

OCH 2OH

OCH2OH

CH2 OH

Formação de Amido (Amilose)

Na verdade formaespirais

OCH2OH

GlicoseGlicose

O O O O

OOOCH2OH

Também é um polissacarídeo de α-Glicose, entretanto é encontrado em animais

Glicogênio

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

Poucos animais (Ex. lesmas) possuem o glicogênio como reserva energética, ao invés de gordura

Nenhum animal produz ou armazena amido

Em humanos o glicogênio é utilizado, nos tecidos musculares e no fígado, como uma reserva de “curto período” (aprox. 24 h)

Glicogênio

Celulose

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

Celulose

As plantas produzem cerca de 100 bilhões de toneladas de celulose a cada ano

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

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

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

A celulose não é digestível para a maioria dos organismos. Poucos organismos possuem as enzimas necessárias para quebrar esta molécula

Celulose

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

Celulose

As Fibras são essenciais para a otimização das funções intestinais

Grãos inteiros, vegetais e frutos inteiros são boas fontes de fibra

A celulose e compostos relacionados formam a maior parte do que chamamos de Fibras

Celulose

OOCH2OH

CH2OH OH

OOCH2OH

CH2OH OH

OOCH2OH

CH2OH OH

OOCH2OH

CH2OH OH

OOCH2OH

CH2OH OH

OOCH2OH

CH2OH OH

OOCH2OH

Carboidratos Modificados

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

A substituição de grupos funcionais na molécula de Glicose produz um número de Intermediários Metabólicos importantes

Carboidratos Modificados

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

Quitina

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

É composta por cadeias de N-Acetil Glicosamina

N HCOCH3

OOCH2OH

N HCOCH3

N-acetil glicosamin

Quitina

Polímero de Quitina

Quitina

A Quitina também é usada na medicina para produzir linhas cirúrgicas que se decompõem após um tempo

Muitos Exoesqueletos apresentam também cristais de Carbonato de Cálcio impregnados na molécula de Quitina

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