INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS

1. INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS Prof. Paulo Duarte Filho BAGÉ – AGOSTO/2010

2. 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.

3. 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”

4. Introdução • Processador de alimentos: • inibir determinados processos que ocorrem nos seres vivos e induzir outros; • atender às necessidades nutricionais dos indivíduos.

5. 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.

6. 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.

7. 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

8. 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.

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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)

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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.)

19. 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

20. 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

21. 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”.

22. 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

23. ORGANIZAÇÃO CELULAR - Célula eucariótica: núcleo envolto por uma membrana. Célula eucariótica animal

24. ORGANIZAÇÃO CELULAR - Célula procariótica: núcleo não é envolto por uma membrana. Célula procariótica

25. ORGANIZAÇÃO CELULAR Célula vegetal Célula animal Fotossíntese – cloroplastos Mitocôndrias - respiração

26. ORGANIZAÇÃO CELULAR • As atividades dentro de uma célula são semelhantes ao sistema de transporte de uma cidade. Níveis de organização estrutural no corpo humano

27. 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)

28. 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.)

29. ORGANIZAÇÃO CELULAR • Natureza química de biomoléculas importantes • Reações das biomoléculas • - Derivados do ácido fosfórico: pouco mencionados nos cursos iniciais sobre química orgânica.

30. ORGANIZAÇÃO CELULAR Biomoléculas 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)

31. 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 polímeros Ex: Aminoácidos proteínas Nucleotídeos ácidos nucléicos

32. 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

33. 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.

34. 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.

35. ORGANIZAÇÃO CELULAR Procariotos x Eucariotos

36. 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.

37. 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

38. 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.

39. 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

40. 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.

41. 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.

42. ORGANIZAÇÃO CELULAR Resumo das organelas e suas funções