Componentes Moleculares e Bioquímica Celular

Bioquímica

• Bioquímica é o estudo das moléculas e reações químicas na vida.
• A bioquímica busca explicar a vida no nível molecular.
• A área foca-se na estrutura, função e interações de macromoléculas biológicas (proteínas, ácidos nucleicos, carboidratos e lípidos).
• Bioquímica investiga os mecanismos das reações bioquímicas, o código genético e a transmissão de informações nas células.

Componentes moleculares das células

• As células são compostas principalmente por água, íons, pequenas moléculas e macromoléculas.
• A água atua como solvente primário e é essencial para muitas reações bioquímicas.
• Íons como sódio, potássio e cálcio desempenham papéis importantes na sinalização celular e na função enzimática.
• Pequenas moléculas como açúcares, aminoácidos e nucleotídeos servem como blocos de construção para macromoléculas, e participam em vias metabólicas.

Macromoléculas biológicas

• As macromoléculas são polímeros construídos a partir de subunidades monoméricas.
• As principais classes são: proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos e lípidos.

Proteínas

• Proteínas são polímeros de aminoácidos ligados por ligações peptídicas.
• As proteínas desempenham diversas funções, como catálise enzimática, transporte, suporte estrutural e defesa imunitária.
• A estrutura proteica é organizada em quatro níveis: primário (sequência de aminoácidos), secundário (hélices alfa e folhas beta), terciário (dobramento 3D) e quaternário (complexos de múltiplas subunidades).
• O dobramento correto das proteínas é crucial para a sua função; proteínas mal dobradas podem levar a doenças.

Ácidos nucleicos

• Os ácidos nucleicos (DNA e RNA) são polímeros de nucleotídeos.
• Cada nucleotídeo é composto por um açúcar, uma base e um grupo fosfato.
• O DNA armazena informações genéticas.
• O RNA desempenha diversos papéis, como a transmissão de informações genéticas (mRNA), função catalítica (ribozimas) e adaptação (tRNA).
• O DNA normalmente existe como uma dupla hélice, com duas fitas mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre bases complementares (adenina com timina, guanina com citosina).

Polissacarídeos

• Os polissacarídeos são polímeros de monossacarídeos ligados por ligações glicosídicas.
• Polissacarídeos atuam como armazenadores de energia (amido, glicogénio) e componentes estruturais (celulose, quitina).
• Monossacarídeos comuns incluem glicose, frutose e galactose.

Lipídios

• Os lípidos são um grupo diverso de moléculas, incluindo gorduras, óleos, fosfolipídios e esteroides.
• São insolúveis em água e desempenham papéis importantes no armazenamento de energia, na estrutura da membrana e na sinalização.
• As gorduras e óleos (triglicerídeos) são compostos por glicerol e três ácidos gordos.
• Os fosfolipídios são componentes principais das membranas celulares, formando bicamadas.
• Os esteroides, como o colesterol, têm estruturas de anel e servem como hormonas e componentes da membrana.

Enzimas

• As enzimas são catalisadores biológicos que aceleram as reações químicas nas células.
• As enzimas são altamente específicas para os seus substratos.
• Enzimas reduzem a energia de ativação de uma reação, estabilizando o estado de transição.
• Muitas enzimas requerem cofatores (iões metálicos ou coenzimas orgânicas) para a atividade.
• A atividade enzimática é regulada por vários fatores, incluindo temperatura, pH e moléculas reguladoras.

Metabolismo

• Metabolismo engloba todas as reações químicas que ocorrem numa célula ou organismo.
• Metabolismo é dividido em duas categorias principais: catabolismo (degradação de moléculas para libertar energia) e anabolismo (síntese de moléculas complexas a partir de precursores mais simples).
• As vias metabólicas são vias sequenciais de reações enzimáticas.
• As vias metabólicas comuns incluem glicólise, ciclo do ácido cítrico, fosforilação oxidativa e fotossíntese.

Glicólise

• A glicólise é a quebra de glicose em piruvato, produzindo ATP e NADH.
• A glicólise ocorre no citosol e não requer oxigénio (anaeróbico).
• A glicólise envolve dez etapas enzimáticas, cada uma catalisada por uma enzima específica.
• O produto final, o piruvato, pode ser ainda mais metabolizado através da respiração aeróbica ou da fermentação anaeróbica.

Ciclo do ácido cítrico

• O ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs) é uma via central na respiração aeróbica.
• Este ciclo ocorre na matriz mitocondrial.
• Envolve uma série de reações que oxidam o acetil-CoA (derivado do piruvato) para produzir CO2, ATP, NADH e FADH2.
• NADH e FADH2 doam elétrons à cadeia de transporte de elétrons.

Fosforilação oxidativa

• A fosforilação oxidativa é o processo pelo qual o ATP é produzido usando a energia libertada pela transferência de electrões do NADH e FADH2 para o oxigénio através de uma série de transportadores de electrões.
• A fosforilação oxidativa ocorre na membrana mitocondrial interna.
• O fluxo de elétrons está acoplado ao bombeamento de prótons (H+) através da membrana, criando um gradiente eletroquímico.
• Este gradiente de prótons impulsiona a síntese de ATP pela ATP sintase (quimiosmose).

Fotossíntese

• A fotossíntese é o processo pelo qual as plantas e algumas bactérias convertem a energia luminosa em energia química.
• Ocorre nos cloroplastos.
• Envolve duas fases principais: as reações dependentes da luz (onde a energia luminosa é capturada e usada para produzir ATP e NADPH) e o ciclo de Calvin (onde o CO2 é fixado e convertido em glicose).

Sinalização celular

• A sinalização celular é o processo pelo qual as células comunicam entre si e com o seu ambiente.
• Este processo envolve moléculas de sinalização (ligantes) que se ligam a receptores nas células-alvo.
• Os receptores podem ser proteínas de membrana (receptores acoplados à proteína G, receptores tirosina quinase) ou proteínas intracelulares (receptores de esteróides).
• A ligação do ligante ao recetor desencadeia uma cascata de eventos de sinalização que levam a uma resposta celular.
• As vias de sinalização comuns incluem a via cAMP, a via MAPK e a via fosfoinositídeo.

Genética molecular

• A genética molecular é o estudo da estrutura e função dos genes ao nível molecular.
• O dogma central da biologia molecular descreve o fluxo de informação genética: DNA → RNA → Proteína.
• A replicação do DNA é o processo de cópia do DNA.
• A transcrição é o processo de síntese de RNA a partir de um modelo de DNA.
• A tradução é o processo de síntese de proteínas a partir de um modelo de RNAm.
• O gene é a unidade básica de informação hereditária, que codifica uma proteína ou uma molécula de RNA.
• A expressão genética é regulada por diversos mecanismos, incluindo fatores de transcrição e modificações epigenéticas.

Biotecnologia

• A biotecnologia é a utilização de processos biológicos para o desenvolvimento de tecnologias e produtos.
• Inclui engenharia genética, biologia sintética e genómica.
• A tecnologia do DNA recombinante permite inserir genes em organismos.
• A reação em cadeia da polimerase (PCR) é uma técnica para amplificar sequências de DNA.
• A genómica é o estudo de genomas inteiros.
• Biologia sintética visa conceber e construir novos sistemas biológicos.

Bioenergética

• A bioenergética é o estudo quantitativo das transduções de energia que ocorrem nos sistemas vivos.
• As leis da termodinâmica governam as reações bioquímicas.
• A energia livre de Gibbs (G) é uma medida da energia disponível para realizar trabalho.
• Uma reação com uma variação negativa de energia livre (ΔG < 0) é espontânea (exergónica).
• Uma reação com uma variação positiva de energia livre (ΔG > 0) não é espontânea (endergónica) e requer um aporte de energia.
• O ATP é a principal moeda energética da célula, fornecendo energia para muitas reações celulares.

Técnicas bioquímicas

• Várias técnicas são usadas para estudar biomoléculas e processos bioquímicos.
• A espectrofotometria mede a absorção e transmissão de luz através de uma amostra.
• A cromatografia separa moléculas com base nas suas propriedades físicas e químicas.
• A eletroforese separa moléculas com base no tamanho e carga.
• A espectrometria de massa identifica moléculas com base na sua relação massa-carga.
• A cristalografia de raios-X determina a estrutura tridimensional das moléculas.

Estudo da bioquímica e componentes moleculares das células. Aborda a água, os íons e as macromoléculas biológicas. Inclui proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos, essenciais para a vida.