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Bioquímica 1: átomos, água e carbono

1 of 2 of my chemistry unit (three days of class) Image Credits: Biology (Campbell) 9th edition, copyright Pearson 2011, & The Internet. Provided under the terms of a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 license. By David Knuffke
by

Alexandre Libanio Reis

on 13 March 2017

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Transcript of Bioquímica 1: átomos, água e carbono

Bioquímica - Prof. Alexandre Libanio
Átomos e Ligações
Água
Carbono
Quem são esses átomos que estamos falando?
Átomos
= A menor unidade fundamental da matéria.
(vale a pena considerar na biologia)
Two simplistic models of atoms
Existem ~120 diferentes tipos de átomos ("
elementos
").

Na Biologia os 4 principais (
CHON
).
electrons (-)
Nucleus:
Protons (+)
Neutrons(0)
electron "orbitals"
electron "cloud"
Ligações
As ligações são estabelecidaspor interações entre os elétrons e entre os átomos (dependendo da valência de cada átomo)
2 tipos principais de ligações unem átomos
Energia e Átomos
Energia
interage com os átomos de diferentes maneiras
A energia está concentrada no núcleo dos átomos na forma de p+;
Quando os átomos absorvem energia, os e-'s movem-se para níveis energéticos mais altos;
O movimento dos e-'s de volta para
níveis energéticos mais baixos
liberam energia (
como radiação
)
Ligações Iônicas
: Transferem e-'s
Não existem muitas combinações possíveis.
Ligações Covalentes
: Compartilhamento de e-'s.
Apresentam infinitas combinações.
Todas biomoléculas (ex. glicose, DNA, Lipídeos...) apresentam ligações covalentes
Compostos & Emergentes
As propriedades de um composto podem ser muito diferentes das propriedades dos elementos que os formam
+
Sódio metálico: explosivo
Cloro: gás tóxico
Delicioso sal de mesa
Emergentes
: aumento dos níveis de complexidade em um sistema podem demonstrar novas propriedades que não se ver nos níveis abaixo deles.
Ocorre com muita frequencia na ciência (especialmente em sistemas biológicos).
Nem todas as ligações são iguais
Polaridade
:
O compartilhamento desigual de elétrons em uma ligação covalente
Leva a distribuição desigual de carga na molécula
Moléculas polares são atraídas por outras moléculas polares.

Pontes de Hidrogênio
: As maiores interações entre as moléculas mais polares.
Comum em sistemas biológicos
Todas as reações químicas resultam da quebra ou formação de ligações .
Em qualquer reação, massa, energia e carga são conservados.
As Ligações Determinam a Forma
...A forma da molécula é muito importante para Biologia!
Determinam estrutura e Função.
Radioatividade
Átomos com núcleos instáveis são "
radioativos
"
Átomos radioativos emitem espontaneamente partículas de alta energia até que a estabilidade é alcançada.
Radiação em excesso é prejudicial para os sistemas biológicos (porquê?)
A radiação é usada em biologia molecular como marcadores
Elementos-traço também são importantes
Bócio. Inapetência dietética de Iodo.
Várias deficiências nutritivas em plantas
Agora que temos todos esses átomos...
Tipo... O que devemos fazer com eles?
Boooommm
Grandes Perguntas
Veja se você pode!
Dissociação da água!
Porque é tão polar, a água pode facilmente quebrar.
Produzindo um,
íon hidrônio
(
H3O+
) e um
íon hidróxido
(
OH-
)
Em água pura a concentração molar desses íons sãoequivalentes

cidos
"- doadores de prótons: [H3O+] > [OH-]
"
Bases
"- aceptores de prótons: [H3O+] < [OH-]
pH
: uma medida de acidez e basicidade.
o -log da [H3O+]
em todas soluções aquosas [H3O+] x [OH-] = 10E-14
pH e a Biologia
Sistemas biológicos não toleram grandes variações de pH.
Variações extremas no pH trazem grandes prejuízos em níveis estruturais
O Efeito da acidificação oceânica na biodiversidade dos recifes de coral:
Healthy Reef
Sick Reef
Dead Reef
Bleaching!
Por que a água é tão importante?
Water ice in the track of a Mars rover
Perguntas?
A água é necessária para a vida!

A maior parte de qualquer organismo é ÁGUA
A Terra é o único planeta que possui água líquida.
A água é um das poucas substâncias que existe em todas as três fases.
Propriedades únicas da água

Todos elas são devidas à polaridade da água (e as suas ligações de hidrogénio resultantes)
Coesão e Adesão
Coesão
: ligação entre as moléculas de água
Adesão
: interação com outras moléculas
Por que?
Existe alguma coisa que a água não consiga interagir?
O resultado do somatório das forças de coesão promove a
tensão superficial
Transpiration
: The movement of water through trees. A BIG Deal!
Alto Calor Específico
Calor Específico
:
Capacidade absortiva de energia térmica e liberação gradual

Água: 4.18 J/g C
Etanol: 1.24 J/g C
Ferro: 0.449 J/g C

Por que é tão alta?
Resfriamento Evaporativo
Water as Temp.
Buffer
O gelo flutua!
Água sólida é menos densa que a água líquida
Por que?
O que aconteceria se acontecesse o contrário?
A água é o maior solvente!
Não existe um "solvente universal"
Mas a água chega perto (Por que?)
Existe alguma coisa que a água não pode dissolver?
Uma grande proteína em solução
Solvatação
Perguntas?
The dissolution of salt
Grupos Funcionais
Biologia = Baseada em C
Por que C?
1. Abundância
2. Versalitilidade
Carbono é
tetravalente
.
Ele forma 4 ligações na sua forma estável
Isto leva a uma variedade infinita de moléculas
Não há nada especial sobre blocos de construção da vida
Vitalismo-crença em uma "força vital"

Mecanicismo
- teoria de que não há nada especial sobre como a vida é construída.

Stanley Miller:
Simulou as primeiras Condições da Terra
Hidrocarbonetos produzidos, aminoácidos.
Stanley Miller
Isomeria
Isômeros
- Moléculas com a mesma fórmula molecular, mas as estruturas são diferentes.

Qualquer molécula mais complexa que o propano tem pelo menos um isômero.

Isomeria é outro exemplo de uma propriedade emergente!
3 tipos de isômeros
Estrutural
-
Mesma fórmula, diferente ordem;

Cis-Trans
-
Mesma fórmula, posicionamento diferente em torno de uma ligação dupla.

Enantiômeros
-
Mesma fórmula, imagem especular em torno de um posicionamento de carbono central
Os sistemas biológicos tendem a usar apenas uma de quaisquer das duas formas enantioméricas.
Todas as células usam
D-açúcares
e
L-aminoácidos
Sobre Enantiômeros
Uma pequena diferença. Um grande caminho percorrido
Grupos Funcionais
modificam as propriedades de moléculas orgânicas
Testosterona
Estrógeno
A diferença em toda a aparência física do sexos é devido aos efeitos destes dois hormônios!
Perguntas?
O que é matéria? De onde ela vem (veio)?

Como os átomos interagem uns com os outros?

Como a interação entre os átomos pode levar ao surgimento de matéria-prima necessária à formação da vida na Terra?
Identificar os diferentes elementos e explicar como eles são diferentes um do outro.

Explique os processos de ligação iônica e covalente e por que eles ocorrem.

Explique por que um composto demonstra propriedades emergentes.

Compare ligações polares e não polares e descrever como eles atuam nas substâncias na qual compõem.

Explicar a relação entre a forma, ligação e função das moléculas.

Fornecer alguns exemplos de usos de isótopos radioativos em biologia
Grandes Perguntas
Por que somos constituídos principalmente por água?

Como funciona a água em sistemas biológicos?

Como a estrutura de água determinar suas propriedades?
Grandes Perguntas
Por que o átomo de carbono é fundamental em sistemas biológicos?

Como a estrutura de carbono permite a complexidade infinita funcional na estrutura de moléculas que o contém?
Veja se você Pode
Explicar por que a água é necessária para os sistemas biológicos.

Explicar porque a água é polar.

Desenhar uma molécula da água, atribuir polaridade para os átomos da molécula e mostram como as pontes de hidrogêniounem uma molécula a outra.

Explicar como cada uma das propriedades da água discutidas nesta apresentação estão em função da polaridade água / pontes de hidrogénio.

Fornecer dois exemplos de como cada uma das propriedades da água, discutidas nesta apresentação, são utilizadas por organismos para manter a sua homeostase.
Veja se Você Consegue
Explicar como a estrutura do átomo de carbono leva ao aparecimento de complexidade em cadeias carbônicas.

Identificar todos os grupos funcionais discutidos nesta apresentação.

Explicar como cada um dos grupos funcionais discutidos contribui para as propriedades das moléculas que os contêm.
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