introduÇÃo a bioquÍmica de alimentos prof. paulo duarte filho bagÉ – agosto/2010
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INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS
Prof. Paulo Duarte Filho
BAGÉ – AGOSTO/2010
Introdução
- Elucidar quimicamente as estruturas das partes
funcionais das células;
- Descrever e analisar as mudanças químicas que
ocorrem nos organismos vivos;
- A partir dos anos 60: princípios organizados o que
facilitou o seu estudo;
- Ramos específicos para cada área de estudo: \
bioquímica estrutural, metabólica, de alimentos,
tecnológica, analítica, biotecnologia, entre outras.
Introdução
- há muito tempo atrás: difícil de distinguir o que
separava um ser vivo de um composto inanimado;
- Atualmente: dificuldade em saber em que ponto pode
se interferir nas reações que caracterizam os seres
vivos;
- Processador de alimentos: matéria-prima comporta-se
como “seres vivos”
Introdução
- Processador de alimentos:
• inibir determinados processos que ocorrem nos
seres vivos e induzir outros;
• atender às necessidades nutricionais dos
indivíduos.
Características da matéria viva
Matéria que compõe o universo:
- compostos inanimados: átomos e/ou moléculas altamente organizados, mas que não sofrem por si grandes mudanças;
- seres vivos: constituídos por átomos e moléculas, que apesar de individualmente serem inanimados, em conjunto podem crescer, manter-se, reproduzir-se e morrer – mudanças metabólicas constantes.
Características da matéria viva
Seres vivos: complexos altamente organizados cujas
células constituintes apresentam estruturas internas, e
moléculas complexas.
• Moléculas – individualmente
- comportamento em acordo com as leis da física
e da química.
Características da matéria viva
- Século 19:
- unidades morfológicas células
- Características que identificam os “seres vivos”:
- complexidade e organização – moléculas
complexas
- funções definidas – cada componente
- capacidade de extração e transformação de
energia
- capacidade de auto-reprodução
Características da matéria viva
- Soma de partes inanimadas
- “Força divina” (Filósofos medievais)
- “Lógica molecular” (avanço da ciência)
- Biomoléculas: encontradas nos organismos –
constituídas por carbonos (compostos orgânicos)
- Biodiversidade: macromoléculas são compostas
de muitas moléculas simples.
Características da matéria viva
- individualidade de cada organismo: conjunto
característico de compostos nitrogenados, os
ácidos nucléicos e as proteínas;
- vias metabólicas universais:
- decomposição de metabólitos chave
(carboidratos);
- síntese de macromoléculas
Características da matéria viva
- nas células ocorre transformação de energia:
- nutrientes orgânicos
- captação da luz solar (energia química)
EXECUÇÃO DE TRABALHO
-químico: síntese de moléculas orgânicas
- osmótico: transporte dentro das células
- mecânico: contração e locomoção
Características da matéria viva
- nas células ocorre transformação de energia:
- nutrientes orgânicos
- captação da luz solar (energia química)
Enzimas catalisam as reações químicas das células
Características da matéria viva
- nos seres vivos os sistemas de reação são mais
complexos que as reações químicas comuns:
- reações químicas ligadas em sequências –
transferência de energia química entre
biomoléculas
- compostos de alto peso molecular e
configuração precisa
- muitas das reações são catalisadas por
enzimas
Características da matéria viva
- auto-replicação: propriedade que mais
impressionou os cientistas
- DNA: transmissão de informação
- DNA: molécula orgânica frágil que contém a
informação genética
- informação genética é codificada numa sequência
unidimensional de diferentes unidades elementares
de DNA
Características da matéria viva
- Disponibilidade de água
- condições adversas: estado de latência
(baixo nível metabólico)
- métodos artificiais: congelamento,
liofilização ou presença de outros solutos
(glicerina, sal, entre outros)
Características da matéria viva
- seres vivos necessitam de energia:
- autotróficos: sintetizar substâncias
complexas através de substâncias simples –
plantas, microrganismos e algas
- heterotróficos: obtêm energia a partir de
substâncias complexas – animais e
microrgaanismos
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Evolução do homem
- obtenção e conservação de alimentos
• Primórdios da civilização
- conservação de alimentos – empirismo
• Evolução da bioquímica
- como se alimentar adequada e satisfatoriamente
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Toda a vez que se pretende interferir num tecido vivo
é necessário saber:
- Alimentos: misturas complexas de espécies
químicas – lipídios, carboidratos, proteínas – água
* outros compostos: cor, sabor, odor
* valor nutricional: vitaminas
* componentes traços: inibidores ou
tóxicos
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Toda a vez que se pretende interferir num tecido vivo
é necessário saber:
- atividade química: interação entre os grupos
ativos das moléculas presentes nos alimentos, com o
meio próprio e com o ambiente que os rodeia (ar, água,
embalagem, equipamentos de processamento, etc.)
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Toda a vez que se pretende interferir num tecido vivo
é necessário saber:
- As alterações endógenas e exógenas podem
levar a mudanças desejáveis e indesejáveis.
Engenheiro de AlimentosIntervenção nos acontecimentos bioquímicos
Otimizar alterações desejáveis e inibir as indesejáveis
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Toda a vez que se pretende interferir num tecido vivo
é necessário saber:
- estrutura física: fator fundamental na
aceitabilidade – textura – fator limitante na reatividade
química
A BIOQUÍMICA E A PRODUÇÃO DE ALIMENTOS
• Bioquímica de alimentos
“Estudo da composição dos
alimentos e das reações que levam à
mudanças na sua constituição característica”.
ORGANIZAÇÃO CELULAR• Acúmulo de átomos
- pequenas unidades moleculares a grandes biomoléculas – proteínas e ácidos nucléicos
• Conjunto de moléculas em interação, envoltas em uma membrana adequada
CÉLULA
ORGANIZAÇÃO CELULAR
- Célula eucariótica: núcleo envolto por uma membrana.
Célula eucariótica animal
ORGANIZAÇÃO CELULAR
- Célula procariótica: núcleo não é envolto por uma membrana.
Célula procariótica
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Célula vegetal Célula animal
Fotossíntese – cloroplastos Mitocôndrias - respiração
ORGANIZAÇÃO CELULAR
• As atividades dentro de uma célula são
semelhantes ao sistema de transporte de uma
cidade.
Níveis de organização estrutural no corpo humano
ORGANIZAÇÃO CELULARNatureza química de biomoléculas importantes
• Química orgânica – compostos de carbono, hidrogênio e seus derivados
- biomoléculas – parte da química orgânica
• Início do século XIX – forças vitais- crença de que compostos encontrados em
organismos vivos não podiam ser produzidos em laboratório.
Friedrich Whöhler (1828)
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Natureza química de biomoléculas importantes
• Reações das biomoléculas
- Descritas pelos métodos da química orgânica – classificação dos grupos funcionais (amidas, aminas, ésteres, álcoois, éteres, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, etc.)
ORGANIZAÇÃO CELULARNatureza química de biomoléculas importantes
• Reações das biomoléculas
- Derivados do ácido fosfórico: pouco mencionados nos cursos iniciais sobre química orgânica.
ORGANIZAÇÃO CELULARBiomoléculas
Origem da vida:- big-bang- Experimento de Miller-Urey
Descarga elétrica atravessa um sistema fechado que contém
H2, CH4 e NH3 Produtos formados (ácido cianídrico,
formaldeído e aminoácidos)
ORGANIZAÇÃO CELULARBiomoléculas
• Proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos- Moléculas muito grandes- Muitas ordens de grandeza maiores que as
moléculas menores das quais elas são formadas
monômeros polímerospolimerização
Ex: Aminoácidos proteínas
Nucleotídeos ácidos nucléicos
ORGANIZAÇÃO CELULARBiomoléculas
• A sequência de aminoácidos nas proteínas é determinada pela sequência de nucleotídeos nos ácidos nucléicos:
DNA – serve como material de codificação
Transmissão de uma geração a outra
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Procariotos x Eucariotos
• Procariotos: organismos unicelulares onde não há núcleo definido.
• Eucariotos: organismos mais complexos que podem ser unicelulares ou pluricelulares com núcleo bem definido.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Procariotos x Eucariotos
• Procariotos: organismos unicelulares onde não há núcleo definido.
• Eucariotos: organismos mais complexos que podem ser unicelulares ou pluricelulares com núcleo bem definido.
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Procariotos x Eucariotos
Organela Procariotos Eucariotos
Núcleo Não há núcleo definido;
Presente
Membrana celular (plasmática)
Presente Presente
Mitocôndria Nenhuma Presente
Retículo endoplasmático
Nenhum Presente
Ribossomos Presente Presente
Cloroplastos Nenhum (cromotóforos)
Presentes em plantas verdes
ORGANIZAÇÃO CELULARCaracterísticas estruturais de células procarióticas
• Região nuclear: local onde fica concentrado o DNA da célula;
• Citosol (aparência granular): presença de ribossomos;
• Membrana plasmática: composta de lipídeos e proteínas;
• Parede celular: composta principalmente por material polissacarídeo.
ORGANIZAÇÃO CELULARCaracterísticas estruturais de células eucarióticas
• Cloroplastos: organelas fotossintéticas, encontradas em plantas e algas verdes;
• Núcleo: organela eucariótica mais importante:- envolto por uma membrana nuclear dupla- nucléolo: rico em RNA- cromatina (agregado de DNA e proteína):
localizada perto da membrana nuclear
ORGANIZAÇÃO CELULARCaracterísticas estruturais de células eucarióticas
• Mitocôndria: - possui membrana dupla (externa e interna) –
externa apresenta superfície lisa, enquanto a interna apresenta diversas dobras, chamadas de cristas;
- Processos de oxidação – produção de energia para a célula – membrana mitocondrial interna.
ORGANIZAÇÃO CELULARCaracterísticas estruturais de células eucarióticas
• Retículo endoplasmático (RE) – ligado a membrana celular e à membrana nuclear:
- rugoso;- liso.
• Complexo de golgi:- envolvido na secreção de proteínas em
algumas células e em outras possui outra função - pesquisa
ORGANIZAÇÃO CELULARCaracterísticas estruturais de células eucarióticas
• Lisossomos: vesículas envoltas por membranas que contém enzimas hidrolíticas – primeira etapa no processamento de nutrientes para a célula.
• Peroxissomos:semelhantes ao lisossomo. - contém enzimas envolvidas no metabolismo
do peróxido de hidrogênio.
• Glioxissomos: encontrados apenas em células vegetais – conversão de lipídeos em carboidratos.
ORGANIZAÇÃO CELULARCaracterísticas estruturais de células eucarióticas
• Vacúolos: vesículas no citoplasma envoltas por uma membrana simples:
- nos vegetais são maiores e mais proeminentes;
- tem como principal função isolar substâncias residuais tóxicas.
Resumo das organelas e suas funções
ORGANIZAÇÃO CELULAR
Organela Função
Núcleo Localização do genoma
Mitocôndria Reações de oxidação – energia
Cloroplasto Fotossíntese
Retículo Endoplasmático Local da síntese protéica
Complexo de golgi Secreção de proteínas
Lisossomos Contêm enzimas hidrolíticas
Peroxissomos Metabolismo de peróxido de H2
Membrana celular Separa o conteúdo celular
Parede celular Camada externa rígida de células vegetais
Vacúolo central Isolar compostos tóxicos