Nutrição e Bioquímica

Aula 2

Conceito

• Bioquímica é a ciência que estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos.
• Consiste no estudo da estrutura molecular e função metabólica de componentes celulares, como água, carboidratos, proteínas, enzimas, lipídios.
• Dentre os diversos tipos de biomoléculas, muitas são moléculas grandes e complexas (macromoléculas), formadas pela união de unidades fundamentais (monômeros) repetidamente, que dão origem a longas cadeias denominadas biopolímeros.

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Conceito

• Cada tipo de biopolímero apresenta unidades fundamentais diferentes:
• Carboidratos – Monossacarídeos
• Proteínas – Aminoácidos
• Lipídios – Ácidos graxos

Histórico

• Século XIX – Cientistas procuravam entender as reações de conversões que ocorriam em plantas e animais.
• Carl Neuberg (Pai da Bioquímica) – Propôs o termo bioquímica, através do estudo da fermentação.
• O início das pesquisas da bioquímica se deu pelo estudo das enzimas.

Aplicação

• O conhecimento bioquímico é muito importante para as indústrias:
• Farmacêutica (síntese de fármacos, excipientes);
• Médica (novos tratamentos e curas para doenças, como na nutrição alimentar);
• Agrícola (melhora da fixação de nitrogênio em plantas);
• Alimentícia (fermentação de bebidas alcoólicas, leite e derivados, produção de chocolates);
• Cosmética (novos produtos de beleza e higiene);
• Tecnológica (produção de compostos sustentáveis de origem renovável)

Divisão dos Compostos

• Inorgânicos:
• Água
• Minerais.

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• Orgânicos:
• Carboidratos
• Lipídios
• Proteínas
• Vitaminas

Inorgânico

Água

• É a substância mais abundante nos seres vivos:
• Atividade Metabólica;
• Idade;
• Espécie.

Estado Físico

Função no Corpo

• Ela é o elemento mais importante do corpo, o principal componente das células e um solvente biológico universal, por isso todas as nossas reações químicas internas dependem dela.
• É essencial para transportar alimentos, oxigênio e sais minerais
• Está presente em todas as secreções (como o suor e a lágrima), no plasma sanguíneo, nas articulações, nos sistemas respiratório, digestivo e nervoso, na urina e na pele.
• Ela é encontrada até mesmo onde pouca gente imagina, é responsável, por exemplo, por 20% dos ossos.

Sede

• Um ser humano pode ficar semanas sem ingerir alimentos, mas passar de três a cinco dias sem ingerir líquidos pode ser fatal.
• O recomendado é que se beba no mínimo 2,5 litros por dia. Quando a pessoa está com sede é porque já passou do ponto de beber água.

Corpo Humano 75% Água � �Perdas diárias: ��Respiração - 0,4 litros ��Micção - 1,2 litros ��Transpiração - 0,6 litros ��Evacuação - 0,1 a 0,3 litros ��TOTAL - 2,5 litros �

Quanta água precisa repor por dia: ��Beber água - 1,5 litros. Ingerir alimentos - 1,0 litro

Hidratação

• Em dias muito quentes, ou quando a pessoa faz exercícios intensos, essa ingestão pode até superar os 6 litros, principalmente porque o suor "desperdiça" muito líquido na tentativa de manter a temperatura do corpo num nível adequado.
• É preciso se hidratar corretamente, caso contrário o organismo gasta mais água do que absorve

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Necessidade Diária de Água

Densidade

• Na forma sólida – gelo, a água expande-se devido à elasticidade das ligações de hidrogênio.
• Aumentando dessa forma seu volume e diminuindo consequentemente sua densidade.

Miscibilidade

É a propriedade de homogeneização que a água tem de se misturar completamente com outro líquido.

A água é uma substância polar, ou seja, tem carga, logo ela é miscível em muitas substâncias, também polares, como o etanol.

Substâncias apolares não se misturam com a água (substâncias hidrofóbicas).

HIDROFÍLICA

HIDROFÓBICA

Coesão

• É a propridade que dá estabilidade as gotas de água.
• Isso pode ser visto quando se coloca pequenas quantidades de água numa superfície como o vidro: a água se mantém unida sob a forma de gotas.
• Essa propriedade é importante para a vida. Por exemplo, quando a água é transportada para cima, ou seja contra a gravidade.
• As fortes atrações intermoleculares mantêm as moléculas de água unidas.

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Adesão

• A água adere a si mesma (por coesão) por ser polar. Pelo mesmo motivo, também apresenta fortes propriedades de adesão em superfícies.
• Pode-se observar por exemplo numa superfície de vidro muito limpa, que a água ali depositada pode formar uma fina camada, porque as forças moleculares entre o vidro e a água (forças adesivas) são mais fortes que as coesivas.
• Nas células e em suas organelas, a água está em contato com superfícies hidrofílicas, que apresentam forte atração pela água.

Capilaridade

• A capilaridade se refere ao processo de a água subir por um tubo estreito, contra a força da gravidade.
• O fenômeno acontece porque a água adere às paredes do tubo e a tensão superficial tende a nivelar a superfície, elevando-a e, por coesão, mais água entra na parte de baixo do tubo.
• O processo continua até que haja no tubo água suficiente para que a força da gravidade contrabalance a força de adesão.

Quanto mais fino o tubo, maior será a altura da coluna d’água.

Solubilidade

• É a propriedade onde verifica-se a capacidade que um solvente tem em interagir com um soluto de maneira mais forte do que as partículas do soluto têm de interagir entre si.
• Devido ao seu caráter polar dissolve substâncias polares e iônicas conhecidas como hidrofílicas

Osmose

• A osmose é o nome dado ao movimento da água entre meios com concentrações diferentes de solutos, separados por uma membrana semipermeável.
• É um processo físico-químico importante na sobrevivência das células.
• A água movimenta-se sempre de um meio hipotônico (menos concentrado em soluto) para um meio hipertônico (mais concentrado em soluto) com o objetivo de se atingir a mesma concentração em ambos os meios (isotônicos).

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Minerais

• São importantes para assegurar um crescimento e reprodução adequados e promover um bom estado de saúde.
• Macroelementos

Ca / P / S / K / Na

• Microelementos

Fe / Zn / I / Co

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Orgânico

Proteína

Vitamina

Carboidrato

Lipídio

Carboidratos

• Carboidratos ou sacarídeos ou glicídios, são componentes essenciais de todos os organismos vivos.
• São as moléculas mais abundantes da natureza.
• Constituem a principal fonte de energia para os seres vivos;
• Estão presentes em diversos alimentos
• Alguns são os principais elementos da dieta (amido e açúcar).

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Monossacarídeos

• Ou açúcares simples, são os monômeros dos polissacarídeos
• Contém de 3 a 7 átomos de carbono.
• Os menores monossacarídeos, são os que tem 3 átomos de C (trioses).
• São solúveis em água e não sofrem hidrólise.

Dissacarídeos

• São estruturas formadas por duas moléculas de monossacarídeos, através de uma ligação glicosídica:
• Sacarose: Frutose + Glicose
• Lactose: Galactose + Glicose
• Maltose: Glicose + Glicose

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Polissacarídeos

• São conhecidos como glicanos e compõe a maioria dos CH encontrados na natureza.
• São CH grandes, formados pela união de mais de vinte monossacarídeos ligados em cadeia, geralmente de hexoses – Polímero.
• São insolúveis em água e, portanto, não alteram o equilíbrio osmótico das células.

Funções

• Os polissacarídeos possuem duas funções biológicas principais:
• Armazenar combustível
• Amido
• Glicogênio
• Elementos estruturais
• Celulose
• Quitina

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Funções

• Energética: constituem a primeira e principal substância a ser convertida em energia calorífica nas células, sob a forma de ATP.
• Nas plantas, o carboidrato é armazenado como amido nos amiloplastos;
• Nos animais, é armazenado no fígado e nos músculos como glicogênio.
• É o principal combustível utilizado pelas células no processo respiratório a partir do qual se obtém energia para ser gasta no trabalho celular.

Funções

• Estrutural: determinados carboidratos proporcionam rigidez, consistência e elasticidade a algumas células.
• A pectina, a hemicelulose e a celulose compõem a parede celular dos vegetais.
• A quitina forma o exoesqueleto dos artrópodes.
• Os ácidos nucléicos apresentam carboidratos, como a ribose e a desoxirribose, em sua estrutura.

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Sacarose

• É o dissacarídeo mais abundante, pode ser encontrado em todo o reino vegetal e nos é conhecido como açúcar de mesa.
• A hidrólise da sacarose leva a separação das moléculas de glicose e frutose.
• A hidrólise é realizada através de uma enzima chamada de sacarase.

Lactose

• É o açúcar do leite e ocorre naturalmente somente no leite.
• Sua concentração varia de 0 a 7% dependendo da espécie animal.
• Sua hidrólise separa as moléculas de glicose e galactose e ocorre através da enzima lactase.

Amido

• É um polissacarídeo sintetizado pelas plantas e estas o utiliza como principal reserva de alimento.
• Sua hidrólise ocorre através das amilases encontradas na saliva e no suco pancreático.
• O amido é encontrado na forma de grãos em:
• Sementes - trigo, arroz, feijão, milho.
• Caules - batata;
• Raízes - mandioca, batata-doce.

Glicogênio

• É o principal polissacarídeo de armazenamento das células animais.
• É um polímero formado por moléculas de glicose e é altamente ramificado e mais compacto que o amido.
• Está presente em todas as células, mas é abundante nos músculos esqueléticos e no fígado.

Celulose

• É uma substância fibrosa, resistente e insolúvel em água.
• É encontrada na parede celular de plantas, principalmente caules e troncos.
• É um polissacarídeo linear formado por moléculas de glicose.
• É hidrolisada pela celulase.

Lipídios

• São biopolímeros apolares, ou seja, insolúveis em água.
• São geralmente translúcidos, untuosos ao tato, pouco consistentes e apresentam densidade menor que a água.
• São muito energéticos devido elevado número de C-H, mais que o dobro da capacidade dos carboidratos e proteínas;
• Lipídios - 9 kcal/g
• Carboidratos - 4 kcal/g
• Proteinas - 4 kcal/g

Ácidos Graxos

• São os monômeros dos lipídios e podem ser divididos em três grupos:
• Saturados - apresentam apenas ligações simples entre os carbonos;
• Monoinsaturados – possuem uma ligação dupla entre carbonos;
• Poliinsaturados – possuem duas ou mais ligações duplas entre C.
• A relação direta entre dietas ricas em gorduras saturadas e ataques cardíacos é bem conhecida.
• Ácidos graxos saturados são geralmente encontrados em gorduras sólidas ou semi-sólidas e tendem a se acumular nas artérias. Já os ácidos graxos insaturados são mais encontrados em óleos vegetais e tendem a se acumular menos nas artérias.

Ácidos Graxos

Ácido palmítico ou ácido hexadecanóico (saturado)

Ácido oléico ou ácido 9-octadecenóico (monoinsaturado)

Ácido linoléico ou ácido 9,12-octadiênico (poliinsaturado)

Estado Físico dos Ác. Graxos

• Os nomes, as fórmulas estruturais e os pontos de fusão (PF) de alguns ácidos graxos aparecem no quadro a seguir.

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• Observando-a atentamente a tabela anterior, podemos concluir que:

Os pontos de fusão dos ácidos graxos saturados são bem superiores aos dos monoinsaturados e dos poliinsaturados;

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• Qual seria a explicação para essa diferença de pontos de fusão?

A resposta está ligada à fórmula estrutural desses compostos. Os ácidos graxos saturados apresentam cadeias carbônicas “retas” e os insaturados cadeias “curvas”, conforme pode ser observado pelos modelos moleculares dos ácidos palmítico, esteárico, oléico e linoléico mostrados a seguir.

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Note que apesar de mencionarmos que as ligações simples entre carbonos são “retas”, isso de fato não ocorre. Na verdade, os carbonos são unidos formando um ângulo de 109°, resultando nas estruturas em zig-zag mostradas acima.

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• Note, por meio dos modelos moleculares mostrados do ácido palmítico e do ácido esteárico, que a cadeia carbônica dos ácidos graxos saturados tem um formato “reto”.

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• Por outro lado, os dois modelos moleculares do ácido oléico e do ácido linoléico, mostram que a cadeia carbônica dos ácidos graxos insaturados tem um formato “curvo”.

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Triglicerídeos

• Os triglicerídeos são encontrados tanto em vegetais como em animais e compõem um dos maiores grupos alimentares da nossa dieta. Assim:
• Os sólidos ou semi-sólidos a temperatura ambiente (gorduras) ocorrem predominantemente em animais.
• Os líquidos a temperatura ambiente (óleos) estão presentes predominantemente nos vegetais e nos peixes de águas frias.

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Função

• Armazenar energia;
• Dissolver substâncias apolares:
• Vitaminas Lipossolúveis (A, D, E, K)
• Formar membranas orgânicas

Colesterol

• O colesterol é o principal esteróide em tecidos animais, faz parte da estrutura das membranas celulares e participa da biossíntese de vários hormônios (cortisol, testosterona, progesterona), dos sais biliares e da vitamina D.
• A maior parte do colesterol presente no corpo é sintetizada pelo próprio organismo (fígado), sendo apenas uma pequena parte adquirida pela dieta.

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Lipoproteínas

• São complexos micelares de proteínas e lipídeos que tem a função de transportar lipídeos (em especial triglicerídeos e colesterol) no plasma sanguíneo.
• São estruturas que possuem externamente grupos hidrofílicos de fosfolipídios, colesterol livre e proteínas conjugadas.
• Triglicerídeos e ésteres de colesterol são carregados internamente, protegidos da água.

Lipoproteínas

• De acordo com a quantidade de proteínas, as lipoproteínas podem ser classificadas em
• LDL (low-density lipoproteins): levam colesterol do fígado para os diversos tecidos do corpo.
• HDL (high-density lipoproteins): coletam colesterol dos tecidos e o levam de volta ao fígado.

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• Hipercolesterolemia é a presença de altos níveis de colesterol no sangue, sendo considerado um fator de risco para aterosclerose.
• Altas ingestões de lipídeos saturados na dieta aumentam a síntese de colesterol.
• Atividades físicas elevam o nível de HDL.

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Proteínas

• Biomoléculas orgânicas mais abundantes nos seres vivos depois da água;
• Formadas pela união de monômeros - aminoácidos:
• Essenciais
• Naturais
• Nitrogênio é considerado elemento característico das proteínas.

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Proteínas

• A maioria das proteínas são sintetizadas no citoplasma da célula pela tradução do RNA.
• São as estruturas, sob o foco da química, de maior complexidade e mais sofisticadas funcionalmente que se conhece.
• O corpo humano produz cerca de 100.000 proteínas, com cada uma tendo algumas centenas de aminoácidos.

Aminoácidos

• São os monômeros das proteínas.
• Sua estrutura envolve um grupo amina (NH₂) e um grupo carboxilo (COOH).
• Atualmente são conhecidos 20 desses denominados aminoácidos primários ou padrão, existem alguns aminoácidos especiais, que só aparecem em alguns tipos de proteínas.
• Desses 20, nove são ditos essenciais, pois o organismo humano não é capaz de produzi-los, e por isso é necessária a sua ingestão através dos alimentos para evitar a sua deficiência no organismo.

Aminoácidos

• Dependendo da natureza da cadeia lateral são classificados em:
• Polares
• Com carga Positiva
• Com carga Negativa
• Apolares
• Neutros
• Os alimentos mais ricos em aminoácidos essenciais são de origem animal: carne, ovos, leite, queijos.

Qualidade Protéica – NDPCal%

• A qualidade da proteína ingerida deve ser avaliada para que haja uma completa ingestão dos aminoácidos essenciais – alimentos que contém proteínas de alto valor biológico.

Função

• Estrutural
• Hormonal
• Defesa
• Nutritiva
• Enzimática

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Enzimas

• É um grupo de substâncias orgânicas de natureza normalmente protéica (existem também enzimas constituídas de RNA, as ribozimas), com atividade intra ou extracelular que têm funções catalisadoras, acelerando reações químicas que, sem a sua presença, dificilmente aconteceriam.
• Elas convertem uma substância, chamada de substrato, em outra denominada produto, e são extremamente específicas para a reação que catalisam.

Vitaminas

• Vitamina significa “substância essencial à vida” porque regulam e protegem o organismo. Constituem um grupo muito diversificado de substâncias que podemos dividir em:
• Hidrossolúveis
• Lipossolúveis

Vitaminas

Lipossolúveis

• Vit A

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• Vit D

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• Vit E

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• Vit K

Hidrossolúveis

• Complexo B
• B₁ (Tiamina)
• B₂ (Riboflavina)
• B₃ (Niacina)
• B₅ (Ácido Pantotênico)
• B₆ (Piridoxina)
• B₇ (Biotina)
• B₈ (Colina)
• B₁₂ (Cobalamina)
• Vit C (Ácido Ascórbico)

Grupos Básicos da Alimentação

1- Construtores

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2- Energéticos

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3- Reguladores

Construtores

• Representados principalmente pelas proteínas e apresentam como principal importância a função estrutural.

• Fontes alimentares:
• Proteína de origem animal: carnes de todos os tipos, ovos, leite e derivados
• Proteína de origem vegetal: leguminosas e oleaginosas

Energéticos

• Representados principalmente pelos carboidratos e lipídeos. Apresentam como principal função o fornecimento de energia para o organismo.

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• Fontes alimentares:
• Carboidratos: cereais, leguminosas, açúcar, raízes, tubérculos.
• Lipídeos: óleos, azeites, margarinas, manteiga.

Reguladores

• Representados principalmente vitaminas e minerais. Apresentam como principal função a regulação das reações bioquímicas dentro das células.

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• Fontes alimentares:
• Vitaminas e minerais: frutas e verduras

Alimentação Saudável

• Constituída de 06 refeições (03 grandes refeições e 03 pequenas refeições)
• Café da manhã
• Lanche
• Almoço
• Lanche
• Jantar
• Lanche

FIM

Referências Bibliográficas

• ARAÚJO, J.M.A. Química de alimentos teoria e prática. Editora: Universitária, Viçosa, 1995.
• BOBBIO, F.O.; BOBBIO, P.A. Introdução à química de alimentos. 2ª edição. Editora: Varela, São Paulo, 1995.
• NELSON, D.L.; COX, M.M. Lehninger: Princípios de Bioquímica. 5ª edição. Editora: Sarvier, São Paulo, 2011.

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