Fundamentos da Química e da Biofísica

Código:

M113

Sigla:

FQB

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Medicina

Ocorrência: 2021/2022 - 1S (de 04-10-2021 a 14-01-2022)

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Química
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Medicina

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIM	188	Plano Oficial em Vigor	1	-	6	56	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

1. Em geral, explicar o funcionamento, e métodos de estudo, dos componentes moleculares biológicos, e das suas organizações supramoleculares, com base em modelos fundamentais da Física e da Química.

2. Aplicar modelos fundamentais da Física para descrever o funcionamento de alguns métodos instrumentais de diagnóstico e de terapêutica, bem como para entender os dados medicamente relevantes obtidos a partir dos referidos métodos.

3. Aplicar modelos fundamentais da Química para descrever as propriedades estruturais e reaccionais biologicamente mais relevantes dos compostos de carbono.

4. Sistematizar conhecimentos específicos sobre a estrutura das moléculas biológicas mais importantes, bem como relacionar a referida estrutura com a "função" biológica.

Resultados de aprendizagem e competências

1. Compreender e utilizar alguns conceitos básicos da Física relevantes para as ciências da vida e em particular para a obtenção de dados médicos, como, por exemplo, de imagem médica.

2. Conhecer as reacções biologicamente mais importantes de compostos de carbono e seus mecanismos reacionais. Resolução de problemas de química orgânica básica.

3. Conhecer estruturalmente os tipos mais importantes de compostos biológicos.

4. Entender a importância do reconhecimento molecular, das interacções intermoleculares e do efeito hidrofóbico na química biológica

5. Explicar a função e o mecanismo de acção dos compostos biológicos com base na sua estrutura molecular e reactividade, nomeadamente das enzimas a nível de catálise, cinética e regulação.

6. Compreender a organização global do metabolismo principal do ponto de vista energético, nomeadamente a integração entre o catabolismo e o anabolismo proporcionada pelas espécies NAD (FAD) e ATP (NTP).

Modo de trabalho

Presencial

Programa

PROGRAMA TEÓRICO

A – Imagem/Diagnóstico

1. Radioatividade e radiação. Efeitos biológicos. Aplicações biológicas (biofísica estrutural, diagnóstico/imagem). Radioisótopos usados em imagiologia médica.

2. Magnetismo. Ressonância magnética. Aplicações biológicas (diagnóstico e imagem). Agentes de contraste.

3. Ultrassons. Efeito Doppler. Imagem. Agentes de contraste.


B - Química Orgânica

1. Alcanos: Classificação de alcanos. Hibridação sp3. Ligação sigma. Estrututas de metanos e outros alcanos lineares, ramificados e cicloalcanos. Propriedades físicas de alcanos e cicloalcanos. Conformação e análise conformacional de etano e butano. Conformação de cicloalcanos. Ciclo-hexanos substituídos - hidrogénios axiais e equatoriais.

2. Alcenos e alcinos: Hibridação sp2. Ligação π. Nomenclatura de alcenos- o sistema E e Z. Nomenclatura de alcinos. Propriedades físicas de alcenos e alcinos. Índice de deficiência de hidrogénio. Estabilidade relativa de alcenos. Alcinos: hibridação sp.

3. Estereoquímica: Isomerismo: Isomerismo constituicional e estereoisómeros. Enantioméros e diastereoisómeros. Enantiómeros e moléculas quirais. Elementos de simetria. Nomenclatura de enantiómeros: o sistema R e S. Propriedades de enantiómeros. Atividade ótica. Polarímetro. Rotação específica. A origem de atividade ótica. Forma racémica. Pureza enantiomérica, pureza ótica e excesso enantiomérico. Moléculas com mais de um estereocentro. Compostos meso.

4. Compostos aromáticos: Estrutura de Kekulé para o Benzeno. Orbitais moleculares do benzeno. Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. Compostos aromáticos heterocíclicos. Compostos aromáticos em bioquímica. Mecanismo de oxidação-redução pelo NAD+ e NADH.

5. Alcoóis, Fenois, Tiois e Aminas: Estrutura e nomenclatura de álcoóis e éteres. Propriedades físicas de álcoois e éteres. Ligações de hidrogénio de ácoóis. Nomenclatura de fenóis. Propriedades físicas de fenois. Tiois, tioéteres e tiofenóis. Tióis edissulfuretos em bioquímica. Classificação e nomenclatura de aminas. Aminas heterocíclicas Basicidade de aminas. Aminas biologicamente importantes.

6. Aldeídos e Cetonas: Compostos com grupo carbonilo. Tipos de compostos carbonílicos. Orbital molecular do grupo carbonilo. Propriedades físicas de aldeídos e cetonas.Nomenclatura de aldeídos e cetonas. Fotoquímica da visão.

7. Ácidos carboxílicos: Derivados de ácido carboxílico. Nomenclatura de ácido carboxílico. Propriedades físicas de ácido carboxílico. Acidez de ácidos carboxílicos. Síntese de ésteres: Esterificação. Hidrólise de ésteres catalisada por base: Saponificação. Lactonas: formação e hidrólise. Amidas e lactamas. Antibióticos beta lactamicos-penicillinas e cefalosporinas. Resistência de penicilinas.


C - Biomoléculas: estrutura e função

1. Água: Água como solvente biológico,efeito hidrofóbico.
Água como reagente biológico.

2. Carbohidratos. Definição de carbohidratos. Classificação de monossacáridos-aldose e cetose. Designação D e L de monossacáridos. Formulas estruturais para monossacáridos. Anómeros de D-(+)-glucose. Mutarotação e formação de glicósido. Dissacáridos: sacarose. Açucar invertido. α- and β-Maltose: Ligação 1, 4-α-glucosídica. α- e β-celobiose: Ligação 1, 4-β-glucosídica. Polissacáridos. Amido- amilose e amilopectina. Glicogénio e celulose. Desoxiaçúcares-2-Desoxirribose. Açucares que contêm azoto-glicosilaminas, aminoaçúcares. Quitina e quitosano. Carboidratos nas superfícies de células.

3. Aminoácidos e proteínas: Aminoácidos. Energética da síntese biológica da ligação peptídica. Proteínas, Estrutura secundária,Pontes dissulfureto entre resíduos de cisteína, Estrutura terciária. Factores que interferem com a conformação das proteínas. Representação gráfica de proteínas e sua interpretação. Estrutura quaternária. Principais tipos de proteínas biológicas e suas funções. Reconhecimento molecular, Complementaridade induzida.
Exemplos de proteínas estruturais, Exemplos de péptidos hormonais. Exemplos de imunoglobulinas.

4. Enzimas: Cinética química. Definição de velocidade média e instantânea de reacções químicas. Distinção entre velocidade e extensão (constante de equilíbrio) de reacção.
Reacções elementares e não elementares. Equações de velocidade e de deslocamento. Modelos simples de farmacocinética.
Catálise em meio homogéneo, catálise enzimática. Complexo enzima-substrato, Energética do estado de transição.
Exemplos de mecanismos enzimáticos. Modelo químico de Michaelis-Menten (MM). Equação cinética de MM, Definição de velocidade máxima, Interpretação da equação e sua linearização, Interpretação das constantes k2, Km e k2/Km, Exemplos de constantes cinéticas para várias enzimas.
Reconhecimento molecular no contexto das enzimas.

5. Ácidos nucleicos: ribonucleótidos e desoxirribonucleótidos, reacção de formação da ligação fosfodiéster. Associação Watson-Crick por pontes de hidrogénio entre bases de nucleótidos, empilhamento das bases em água. DNA, Replicação do DNA, RNA, Aminoacil-tRNA sintetases, Definição do código genético. Ribossoma, função conjugada de rRNA, mRNA e do tRNA.

6. Bioenergética: Ciclos redox na biosfera, estado estacionário. Estados de oxidação do carbono. Hidrólise do ATP, ATP na síntese de ligações biológicas via substituição nucleofílica.


PROGRAMA LABORATORIAL

1. Técnicas laboratoriais

2. Identificação de carboidratos

3. Doseamento do colesterol sérico total

4. Desnaturação e espectrofotometria do DNA

5. Cinética da invertase

Bibliografia Obrigatória

Joseph W. Kane ; Physics
T.W. GRAHAM SOLOMONS and CRAIG B. FRYHLE; Organic Chemistry, 10th Edition, John Wiley & Son, Inc, 2011
José Augusto Pereira; Apontamentos de Química Biológica, ICBAS, 2014 (Disponível gratuitamente em eBook (PDF) através deste site, na página "Documentos" de FQB)

Observações Bibliográficas

T.W. GRAHAM SOLOMONS and CRAIG B. FRYHLE; Organic Chemistry, 10th Edition, John Wiley & Son, Inc, 2011

José Augusto Pereira; Apontamentos de Química Biológica, ICBAS, 2014 (Disponível gratuitamente em eBook (PDF) através deste site, na página "Documentos" de FQB)

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Aulas teóricas, presenciais ou online, ministradas através de apresentações Powerpoint. Aulas teórico-práticas, presenciais ou online, de resolução de exercícios e discussão dos aspectos teóricos relativos às aulas práticas. Aulas laboratoriais para execução de trabalhos em grupos de 2 ou 3 alunos, seguindo um protocolo escrito.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	100,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	106,00
Frequência das aulas	56,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Presença em pelo menos 75% do total das aulas teórico-práticas e laboratoriais.

Fórmula de cálculo da classificação final

Denominação das avaliações (todas cotadas para 20 valores): A1 (1ª frequência, época Intercalar), A2 (2ª frequência, época Normal), EN (exame global, época Normal), ER (exame global, época de Recurso).

Opções para obtenção de aprovação, N >= 9,50 valores:

(1) N = 0,5 x A1 + 0,5 x A2
(2) N = EN
(3) N = ER

As avaliações A2 e EN são simultâneas e, logo, mutuamente exclusivas. É possível transitar da opção (1) para as opções (2) ou (3) mas isso implica descartar permanentemente a nota obtida em A1.

Observações

Só é permitida a entrada de alunos nas aulas até 10 minutos depois da hora prevista para o seu início. É obrigatório envergar uma bata apropriada nas aulas práticas laboratoriais.