BIOQUIMICA
Introdução ao estudo da Bioquímica
A palavra Bioquímica do grego significa: BIO = Vida ou seres vivos; QUÍMICA = Transformação de substâncias;
Bioquímica é uma ciência que estuda as transformações ―reacções‖ que ocorrem nos seres vivos.
Bioquímica é uma ciência que busca descrever a estrutura, a organização e as funções da matéria viva em termos moleculares.
De acordo com MONTINGA (2001:16) Anteriormente essa área de ciência era denominada
"química fisiológica". A origem grega e egípcia do nome Bioquímica (bios «vida» + kymos
«líquido ou química» e/ou bio - "vida" e keme - "terra") indica de imediato que esta ciência se ocupa do estudo dos processos químicos relevantes para os organismos vivos e para a sua interacção com o ambiente envolvente ou Ciência, que estuda a organização bioquímica da célula e o seu funcionamento, o metabolismo celular.
Neste contexto, a Bioquímica é a ciência que se dedica ao estudo das reacções químicas ocorrentes nos seres vivos, nomeadamente, dos mecanismos de reacção entre as várias estruturas moleculares que os compõem, assim como da composição, estrutura e funcionamento destas.
O seu campo de estudo é extremamente vasto, englobando os fenómenos de diferenciação celular, respiração, fermentação, fotossíntese, doenças metabólicas, nutrição, origem da vida, evolução, síntese proteica, produção de hormonas, entre outros, promovendo sempre a caracterização e compreensão das bases atómicas e moleculares da vida, de modo a tornar possível não apenas o seu conhecimento, mas também, a permitir, usando esses conhecimentos, a manipulação dos sistemas vivos para o alcance de determinados objectivos com interesse para o homem, como o tratamento de anomalias genéticas, doenças metabólicas, desenvolvimento de medicamentos, produção de organismos transgénicos, desenvolvimento de produtos alimentares e de suplementos nutritivos para animais e plantas, ajustamento de solos agrícolas de acordo com
as necessidades específicas de culturas, armas biológicas, clonagem, entre muitas outras infindáveis aplicações dos conhecimentos resultantes da investigação bioquímica.
Segundo LIGONHA (2011:13) A bioquímica estuda a composição, a estrutura e as transformações das substâncias envolvidas na constituição e no funcionamento dos seres vivos.
Os elementos que em geral participam da composição das moléculas de tais substâncias são:
carbono, hidrogênio e eventualmente o enxofre e fósforo. São encontrados ainda, íons de muitos metais e de alguns não metais.
De acordo com GALLO (2012:3) a Bioquímica é o ramo da química que se preocupa com as transformações moleculares dos constituintes celulares. Ao conjunto dessas transformações denominamos ―Metabolismo‖. Dependendo da organização estrutural atingida pelas moléculas, o metabolismo pode ser dirigido no sentido de síntese (anabolismo) ou de degradação (catabolismo). Durante o metabolismo degradativo, moléculas estruturalmente complexas são demolidas em entidades mais simples, ao passo que a fase anabólica se caracteriza pela formação de estruturas moleculares mais complicadas a partir dessas entidades mais simples. O anabolismo e o catabolismo ocorrem concomitantemente numa célula viva.
Porque estudar a Bioquímica?
Quais são as estruturas químicas que compõe os organismos vivos?
Como as reacções químicas decorrem e são controladas dentro dos organismos?
Que transformações químicas acompanham o crescimento, a reprodução, o envelhecimento e a morte dos organismos vivos?
Como os organismos extraem energia do seu ambiente para permanecerem vivos?
A palavra Bioquímica foi introduzido pela primeira vez em 1903 pelo Químico Alemão Carl Neuberg.
A palavra bioquímica apesar de ser introduzido apenas em 1903, esta ciência já existia desde a antiguidade onde era designada de Química Fisiológica ou Química Biológica.
BREVE HISTORIAL DA BIOQUÍMICA
A Bioquímica tem as suas raízes na história da Química, em particular no interesse do homem em saber que transformações ocorriam nos organismos vivos, responsáveis pela sua origem, crescimento e metamorfose. As questões colocadas por aqueles que procuraram compostos na Natureza que curassem doenças, que se interrogaram sobre a fisiologia do corpo humano, que usaram processos naturais como a fermentação de cervejas e que observaram a decomposição da matéria orgânica, entre outros, lançaram as bases da
Bioquímica tal como é conhecida na atualidade.
"http://pt.wikibooks.org/wiki/Bioqu%C3%ADmica/Hist%C3%B3ria"
Alguns acontecimentos marcantes desta ciência:
a) Antiguidade
RELIGIÃO TAOÍSTA
Desenvolvida na china e defendiam que no corpo existiam dois lados opostos: YIN e YANG.
Em que estes dois lados deviam estar equilibrados, caso isto não acontecesse produziam substância com a função de restabelecer o equilíbrio corporal.
Os chineses preparavam então elixires contendo compostos de modo a equilibrar Yin e Yang no corpo; esta busca de elixires levou à descoberta de medicamentos e processos de fermentação. Experiências com fluidos corporais levaram provavelmente à descoberta de hormônios sexuais. Este tipo de alquimia refletia então as práticas médicas/farmacêuticas da época.
CIVILIZAÇÕES EGÍPCIAS
Extraiam substâncias com propriedades farmacológicas e perfumantes a partir de extras de vegetais.
b) Idade Moderna
PARACELSO (médico, alquimista e físico suíço)
No séc. XVI afirmou que o universo é regulado por leis químicas e que as doenças deveriam ser tratadas com base em substâncias químicas, que ficou conhecido como IATROQUÍMICA.
Apesar de Paracelso misturar diversos conceitos místicos e alquimistas nos seus ensinamentos, a utilização de compostos químicos com fins farmacêuticos generalizou-se, especialmente no século XVII, devendo-se parte desta generalização da iatroquímica a w:Jan Baptista van Helmont, discípulo de Paracelso. Numa publicação póstuma (1648), van Helmont descreve uma experiência em que apenas água havia sido adicionada a um jovem salgueiro plantado em terra previamente seca num forno. O salgueiro cresceu sem haver apreciável variação da massa da terra e van Helmont atribuiu este crescimento à transformação de água em madeira, casca e raízes. Embora van Helmont tenha retirado as conclusões erradas das suas experiências, houve de sua parte uma tentativa de planear meticulosamente e de quantificar as transformações observadas. Outras observações de van Helmont relevantes à história da Bioquímica incluem a sua descrição da digestão como um processo fermentativo usando ácido e a excreção de líquidos alcalinos no corpo humano, nomeadamente a bílis.
SANTORIO SANTORIO (médico, professor e fisiologista italiano)
Em 1614, fez experiências sobre o metabolismo (conjunto de reacções) animal, onde conseguiu determinar o seu próprio peso antes e depois de comer, dormir, trabalhar, jejuar, relações sexuais e excretar.
Ele descobriu que a maior parte da comida ingerida era perdida no que ele denominou de
"perspiração insensível".
c) Idade Contemporânea
Friedrich Wohler (pedagogo e químico alemão)
Em1828 conseguiu sintetizar a ureia a partir da matéria inorgânica, o que veio acabar com a Teoria Vital.
Lous Pasteus (químico e físico francês)
Estudou a fermentação do açúcar e álcool em leveduras.
Descoberta e Determinação de Biomoléculas.
Estudo dos primeiros processos metabólicos.
d) Bioquímica moderna (dos anos 50 até agora)
Eduard Buchener (químico alemão)
Descreveu a fermentação alcoólica
Charles Sumner (químico norte americano)
Demonstrou a natureza protéica das enzimas
Análise de biomoléculas e vias metabólicas celulares por vários cientistas.
Actualmente vem crescendo a investigação para mostrar mecanismos fisiológicos e patológicos no corpo humano.
Talvez o factor crucial para o surgimento da Bioquímica tenha sido a descoberta da primeira enzima em 1833, que na época recebeu o nome "diastase" (hoje chamada "amilase"); quem a descreveu foi Anselme Payen. Em 1896, Eduard Buchner contribuiu para a Bioquímica descrevendo pela primeira vez um complexo processo bioquímico fora da célula – a fermentação alcoólica de extractos celulares de fermento – o que lhe valeu o Prémio Nobel da Química de 1907. A demonstração da natureza proteica das enzimas por James B. Sumner na mesma altura.
Mais tarde, e após os estudos de Linus Pauling sobre a natureza da ligação química e a estrutura das hélices alfa proteicas, James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins publicaram a estrutura tridimensional da dupla hélice do DNA. Hoje, os resultados e princípios bioquímicos
são empregados em muitas outras áreas que vão da genética à biologia molecular, da agricultura à medicina.
Objecto de estudo da Bioquímica
Estrutura – a química estrutural dos componentes da matéria viva e sua função biológica nos organismos vivos
Metabolismo – As Reações (transformações) bioquímicas e rotas metabólicas que ocorrem nos organismos vivos.
Método de Estudo da Bioquímica
Método Experimental do tipo aproximação reducionista.
Experimental: significa testar e submeter à prova.
Reducionionista: porque para estudar as substâncias que constituem um organismo vivo é necessário isolar ―amostra‖ não se faz análise ou experiência ao organismo todo onde há uma interacção real entre todas células vivas.
Aproximação: porque conhece-se os aspectos estruturais e funcionais das substâncias duma forma aproximada.
Tendo em conta que a cima foi estabelecido que o método de estudo da Bioquímica é do tipo aproximação reducionista é usual fazer-se a purificação de componentes dos sistemas vivos, como proteínas, para estudar as suas propriedades de forma isolada. Esta aproximação é muito útil para o conhecimento profundo de aspectos estruturais e funcionais dos componentes dos sistemas vivos, mas tem a desvantagem de impedir o estudo de interacções que ocorram in vivo:
numa célula, nenhum componente se encontra isolado. Por isso, também existem métodos de estudo holísticos, que tentam determinar as propriedades de um sistema como um todo; um exemplo é o estudo do comportamento de vias metabólicas inteiras, em vez de estudar cada enzima que delas fazem parte.
Relação Com Outras Disciplinas
A Bioquímica é normalmente definida como o estudo das reacções químicas em organismos.
Esta definição geral abrange diversos campos de estudo, abrindo portas à existência de múltiplas disciplinas que exploram aspectos particulares dos seres vivos. A Bioquímica é ciência inter e multidisciplinar, na conexão do conhecimento científico, biológico e químico. Sem o consórcio de disciplinas tais como Microbiologia, Biologia Molecular, Biologia Celular, Química, Física, Agricultura, Medicina, Fisiologia e Biotecnologia não é possível construir um edifício de saberes sólidos que permitam cruzar e abranger tão vasto campo de conhecimentos.
Química: transformações e leis químicas Física: leis e grandezas físicas
Biologia: Seres vivos e célula
Medicina: diagnóstico e tratamento de doenças
Importância Das Transformações
As transformações bioquímicas vão permitir:
Obtenção de energia química (ATP)
Formação de compostos orgânicos necessários para a célula Eliminação de substâncias nocivas e tóxicas ao organismo
PRINCÍPIO ENERGÉTICO
Os organismos vivos apesar de estruturalmente serem diferentes, todos usam as mesmas substâncias energéticas e extraem energia do meio ambiente. A fonte de toda energia usada pelos organismos vivos (animais e plantas) esta na energia solar. E estes actuam como um SISTEMA ABERTO.
Seres vivos são sistemas abertos, que trocam matéria (nutrientes e produtos de excreção) e calor (do metabolismo) com seu meio e nunca estão em equilíbrio.
Fonte: Alegre De Nascimento Cadeado
A bioquímica examina os processos pelos quais a energia é extraída, canalizada e consumida;
assim é essencial desenvolver e entender os princípios fundamentais da bioenergética – transformações ou trocas de energia das quais todos organismos vivos dependem.
Para reações que ocorrem em solução, podemos definir um sistema como todos os reagentes e produtos, o solvente e a atmosfera próxima, ou seja, tudo o que está dentro de uma região definida do espaço. Juntos, o sistema e seus arredores constituem o universo. Se o sistema não troca matéria e nem energia com seus arredores, ele é dito ser fechado. Se o sistema troca energia mas não matéria com seu meio, ele é dito sistema isolado; se troca ambos energia e matéria com o meio, ele é um sistema aberto.
Um organismo vivo é um sistema aberto, ele troca ambos matéria e energia com seu meio.
Organismos vivos usam duas estratégias para captar energia do seu meio: (1) eles obtêm
combustíveis químicos da vizinhança e extraem energia oxidando-os; ou (2) eles absorvem energia da luz solar. (http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAvjAAA/fundamentos- bioquimica)
Organismos vivos criam e mantém suas estruturas complexas e ordenadas usando energia extraída de combustíveis ou luz solar.
O ciclo energético mostra que a fonte de toda energia usada pelos animais, plantas e de todos os organismos vivos está na energia libertada pelo sol.
Fonte: Alegre De Nascimento Cadeado
A energia em forma de ATP permite:
A execução de trabalho mecânico na contracção muscular e outros movimentos celulares.
A sobrevivência, crescimento e reprodução do organismo.
Transporte de moléculas e iões através da membrana biológica.
Síntese de macromoléculas e outras biomoléculas.
ENZIMAS
Definição
Enzimas – São um grupo de substâncias orgânicas de natureza proteíca, que têm funções catalisadoras, catalisando reacções químicas e são caracterizadas pela sua especificidade relativamente a cada reacção ou tipo de reacção. Por outra, são moléculas proteicas dotadas da propriedade de acelerar intensamente determinadas reacções químicas, tanto no sentido da síntese como no da degradação de moléculas.
De acordo com MOTTA (p.70) Enzimas são proteínas com a função especifica de acelerar reacções químicas que ocorrem sob condições termodinâmicas não-favoráveis. Elas aceleram consideravelmente a velocidade das reacções químicas em sistemas biológicos quando comparadas com as reacções correspondentes não - catalizadas.
Função
Catalisar as reacções, permitindo que elas decorram a uma velocidade rápida e desejada, isto garante eficácia e eficiência das transformações químicas no organismo.
Algumas enzimas são empregadas como agentes terapêuticos no tratamento de diferentes doenças. As proteases, amilases e lípases são usadas para auxiliar a digestão.
A asparaginase é usada no tratamento da leucemia linfocítica aguda. As células normais são capazes de sintetizar asparagina enquanto certas células tumorais, inclusive as leucêmicas, não produzem o derivado do aminoácido. A administração intravenosa de asparaginase reduz o nível plasmático de asparagina e, assim, diminui o desenvolvimento de células leucêmicas.
