INTRODUO A BIOQUMICA DE ALIMENTOS Prof Paulo Duarte

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 indivíduos. às necessidades nutricionais dos

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 microrgaanismos – animais e

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 Alimentos Intervenção 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 Fotossíntese – cloroplastos Célula animal 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 CELULAR Natureza 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 CELULAR Natureza química de biomoléculas importantes • Reações das biomoléculas - Derivados do ácido fosfórico: pouco mencionados nos cursos iniciais sobre química orgânica.

ORGANIZAÇÃO CELULAR Biomoléculas Origem da vida: - big-bang - Experimento de Miller-Urey Descarga elétrica atravessa um sistema fechado que contém H 2, CH 4 e NH 3 Produtos formados (ácido cianídrico, formaldeído e aminoácidos)

ORGANIZAÇÃO CELULAR Biomoléculas • Proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos - Moléculas muito grandes - Muitas ordens de grandeza maiores que as moléculas menores das quais elas são formadas polimerização monômeros Ex: Aminoácidos Nucleotídeos proteínas ácidos nucléicos polímeros

ORGANIZAÇÃO CELULAR Biomoléculas • 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 Organela Procariotos Eucariotos Núcleo Não há núcleo definido; Presente Membrana celular (plasmática) Presente Mitocôndria Nenhuma Presente Retículo endoplasmático Nenhum Presente Ribossomos Presente Cloroplastos Nenhum (cromotóforos) Presentes em plantas verdes

ORGANIZAÇÃO CELULAR Características 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 CELULAR Características 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 CELULAR Características 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 CELULAR Características 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 CELULAR Características 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 CELULAR Características 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.

ORGANIZAÇÃO CELULAR Resumo das organelas e suas funções 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 H 2 Membrana celular Separa o conteúdo celular Parede celular Camada externa rígida de células vegetais Vacúolo central Isolar compostos tóxicos