7: Bioquímica microbiana

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Estima-se que a Terra tenha 4,6 bilhões de anos, mas nos primeiros 2 bilhões de anos, a atmosfera não tinha oxigênio, sem o qual a Terra não poderia sustentar a vida como a conhecemos. Uma hipótese sobre como a vida surgiu na Terra envolve o conceito de “sopa primordial”. Essa ideia propõe que a vida começou em um corpo de água quando metais e gases da atmosfera se combinaram com uma fonte de energia, como raios ou luz ultravioleta, para formar os compostos de carbono que são os elementos químicos da vida. Em 1952, Stanley Miller (1930—2007), estudante de graduação na Universidade de Chicago, e seu professor Harold Urey (1893-1981), decidiram confirmar essa hipótese em um experimento agora famoso. Miller e Urey combinaram o que acreditavam ser os principais componentes da atmosfera primitiva da Terra — água (H ₂ O), metano (CH ₄), hidrogênio (H ₂) e amônia (NH ₃) — e os selaram em um frasco estéril. Em seguida, eles aqueceram o frasco para produzir vapor de água e passaram faíscas elétricas pela mistura para imitar raios na atmosfera (Figura\(\PageIndex{1}\)). Quando analisaram o conteúdo do frasco, uma semana depois, encontraram aminoácidos, as unidades estruturais das proteínas — moléculas essenciais para o funcionamento de todos os organismos.

Diagrama do experimento Miller-Urey. Um frasco de água (para simular o oceano) é aquecido. Isso é conectado por meio de um tubo de vidro em circuito fechado a: uma bomba de vácuo, um frasco contendo gases (água, metano, hidrogênio, amônia) e uma faísca elétrica (para simular raios) e, finalmente, a um condensador que resfria a água. A água resfriada contém compostos orgânicos. — Figura\(\PageIndex{1}\): Os cientistas Stanley Miller e Harold Urey demonstraram que os compostos orgânicos podem ter se originado naturalmente da matéria inorgânica. O experimento Miller-Urey ilustrado aqui simulou os efeitos dos raios em compostos químicos encontrados na atmosfera primitiva da Terra. As reações resultantes produziram aminoácidos, os blocos químicos de construção das proteínas. (crédito: modificação da obra de Courtney Harrington)

7.1: Moléculas orgânicas
A bioquímica é a disciplina que estuda a química da vida e seu objetivo é explicar a forma e a função com base em princípios químicos. A química orgânica é a disciplina dedicada ao estudo da química baseada no carbono, que é a base para o estudo das biomoléculas e a disciplina da bioquímica. Tanto a bioquímica quanto a química orgânica são baseadas nos conceitos de química geral.
7.2: Carboidratos
As biomoléculas mais abundantes na Terra são os carboidratos. Do ponto de vista químico, os carboidratos são principalmente uma combinação de carbono e água, e muitos deles têm a fórmula empírica (CH₂O), onde n é o número de unidades repetidas. Essa visão representa essas moléculas simplesmente como cadeias de átomos de carbono “hidratadas” nas quais as moléculas de água se ligam a cada átomo de carbono, levando ao termo “carboidratos”.
7.3: Lipídios
Embora sejam compostas principalmente de carbono e hidrogênio, as moléculas lipídicas também podem conter oxigênio, nitrogênio, enxofre e fósforo. Os lipídios têm propósitos numerosos e diversos na estrutura e funções dos organismos. Eles podem ser uma fonte de nutrientes, uma forma de armazenamento de carbono, moléculas de armazenamento de energia ou componentes estruturais de membranas e hormônios. Os lipídios compreendem uma ampla classe de muitos compostos quimicamente distintos, os mais comuns dos quais são discutidos nesta seção.
7.4: Proteínas
Os aminoácidos são capazes de se unir em essencialmente qualquer número, produzindo moléculas de essencialmente qualquer tamanho que possuem uma ampla gama de propriedades físicas e químicas e desempenham inúmeras funções vitais para todos os organismos. As moléculas derivadas de aminoácidos podem funcionar como componentes estruturais das células e entidades subcelulares, como fontes de nutrientes, como reservatórios de armazenamento de átomos e energia e como espécies funcionais, como hormônios, enzimas, receptores e moléculas de transporte.
7.5: Usando a bioquímica para identificar microrganismos
A identificação precisa de bactérias é essencial em um laboratório clínico para diagnóstico e gerenciamento de epidemias, pandemias e intoxicações alimentares causadas por surtos bacterianos. Nesta seção, discutiremos alguns métodos que usam características bioquímicas para identificar microrganismos.
7.E: Bioquímica microbiana (exercícios)

Miniatura: Um local de ligação enzimática que normalmente se ligaria ao substrato pode, alternativamente, se ligar a um inibidor competitivo, impedindo o acesso ao substrato. A diidrofolato redutase é inibida pelo metotrexato, o que impede a ligação do seu substrato, o ácido fólico. Local de ligação em azul, inibidor em verde e substrato em preto (PDB: 4QI9). (CC BY 4.0; Thomas Shafee).