Componentes Químicos da Célula

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Componentes químicos 
da célula 
Profa Gilmara M. Duarte Pereira 
e-mail: gilmara@cbio.ufrr.br 
CBio IV, Sala 401 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA 
CENTRO DE ESTUDOS DA BIODIVERSIDADE – CBio 
BIOLOGIA CELULAR – BIOC15 
Semelhanças entre células de diferentes organismos: 
• Arquitetura das membranas 
• Constituintes celulares 
• Processos metabólicos 
A célula e seus constituintes 
As células são unidades de vida 
compartimentalizadas, formadas 
por uma complexo agregado de 
moléculas organizadas conforme 
suas funções e delimitadas por 
membrana celular 
Células: são compartimentos envolvidos 
por membranas, preenchidos com uma 
solução aquosa concentrada de substâncias 
químicas. 
Variação composição 
química e arranjo dos 
componentes 
Propriedades especiais a 
cada tipo de cel 
Realização de funções 
específicas 
citosol 
Distribuição de biomoléculas em uma célula vegetal 
• Estrutura da célula resulta da combinação de moléculas organizadas em uma ordem 
muito precisa 
lipídeos e proteínas 
lipídeos e proteínas 
lipídeos e proteínas 
polissacarídeos 
lipídeos e algumas proteínas 
lipídeos,proteínas e polissacarídeos 
lipídeos e proteínas 
Ác. nucléicos e proteínas 
Ác. nucléicos e proteínas 
Peq.moléculas 
proteínas e peq moléculas 
Rugoso 
Proteínas, ác. nucleico 
INORGÂNICOS ORGÂNICOS 
PROTEÍNAS 
CARBOIDRATOS 
LIPÍDEOS 
AC. NUCLÉICOS 
ÁGUA 
SAIS MINERAIS 
Componentes químicos da célula 
75 – 85% ÁGUA 
2 - 3% SAIS MINERAIS 
COMPOSTOS 
INORGÂNICOS 
12 – 23% COMPOSTOS ORGÂNICOS 
Componentes químicos da célula 
• Estruturas celulares  moléculas grandes  macromoléculas 
ou polímeros 
 
• Polímeros  composto por unidades repetidas  monômeros 
 
• Monômeros ligados por ligações covalentes  polímeros 
Componentes químicos da célula 
 
• Pequenas Moléculas 
Água 
 Íons (Cl, Na, K, Fe, Ca, Mg, ...) 
 Lipídeos (ácidos graxos, fosfolipídeos, colesterol) 
Açucares 
Aminoácidos 
Nucleotídeos 
 
• Polímeros 
Moléculas grandes compostas de muitas cópias de uma 
molécula pequena, unidas por ligações covalentes 
Componentes químicos da célula 
Macromoléculas não 
informacionais: 
seq de monômeros que 
tem papel importante na 
célula como materiais 
estruturais ou de 
reserva 
Composição do corpo humano 
(base peso seco) 
ELEMENT PERCENT ELEMENT PERCENT 
Carbon 50 Sulfur 0.8 
Oxygen 20 Sodium 0.4 
Hydrogen 10 Chlorine 0.4 
Nitrogen 8.5 Magnesium 0.1 
Calcium 04 Iron 0.01 
Phosphorus 2.5 Manganese 0.001 
Potassium 01 Iodine 0.00005 
• Uma molécula consiste em dois ou mais átomos ligados 
quimicamente entre si (C6H12O6) 
Principal componente de todas as macromoléculas: 
 grandes estruturas (diversidade e complexidade) 
COMPLEX 
BIOMOLECULES 
BUILDING BLOCKS MAJOR FUNCTIONS 
DNA 
 
Deoxynucleotides Genetic material 
RNA 
 
Ribonucleotides Protein synthesis 
Proteins Amino acids Enzymes, hormones, 
receptors, transporters, 
structural elements 
Carbohydrates 
(e.g. glycogen) 
Monosaccharides 
(Glucose ) 
Short term storage of energy 
as glycogen 
Lipids Fatty acids Components of membrane, 
long term storage of energy 
as triacylglycerols 
Componentes químicos da célula 
• Componente celular mais abundante 
• Exceto  ossos, dentes e sementes 
• Embrião  90 – 95% 
Componentes químicos da célula 
Água 
• Solvente natural de íons minerais e outras substâncias 
•Processos fisiológicos  meio aquoso 
 
• Água  distribuição assimétrica de suas cargas 
  dipolo 
Componentes químicos da célula 
Água 
Formação de pontes de 
hidrogênio entre água e 
macromoléculas 
Afeta a estabilidade e 
estrutura global das 
macromoléculas 
Afinidade 
 
• Macromoléculas 
 
• Hidrofílicas – solúveis em água – grupos polares 
 
 Ex: carboidratos, ácidos nucléicos e proteínas 
 
• Hidrofóbicas – insolúveis em água – grupos apolares 
 
 Ex: lipídios, óleos e parafina 
 
• Anfipáticas – hidrofílicos e hidrofóbicos: 
 Importantes funções biológicas nas membranas celulares. 
 
• Polaridade 
 
•Coesão: polaridade da água a 
torna altamente coesiva 
 
• Elevado calor específico: 
calor necessário para elevar a 
temperatura em 1 oC 
 
Características da 
molécula de 
água: 
Redes tridimensionais 
Cálcio 
• Estimula o crescimento celular pela incorporação na parede 
celular e membrana plasmática 
• Auxilia na transmissão do impulso nervoso 
 
Componentes químicos da célula 
Elementos minerais 
Ferro 
• Necessário para síntese da hemoglobina, dos citocromos e de 
algumas enzimas. 
Fósforo 
• Importante na regulação do metabolismo celular e no 
fornecimento de fosfatos para a geração de energia. 
 
• É essencial para a síntese de ácidos nucléicos e adenosina 
trifosfato (ATP). 
Componentes químicos da célula 
Elementos minerais 
Sódio 
• Manutenção da pressão osmótica e equilíbrio ácido-base da 
célula 
 
Estrutura do ATP 
ATP: estoca energia derivada das reações catabólicas e libera para 
dirigir as reações anabólicas 
Vitaminas 
• São compostos imprescindíveis para algumas reações metabólicas 
específicas, requeridos pelo corpo em quantidades mínimas para 
realizar funções celulares. 
 
• São usualmente classificadas em dois grupos: 
Componentes químicos da célula 
Elementos minerais 
- Hidrossolúveis: Tiamina, Riboflavina, Niacina, Biotina, Ácido 
Pantotênico, Ácido Fólico, Cobalamina, Peridoxida e Ácido 
Ascórbico. 
 
- Lipossolúveis : vitamina A, D, E e K. 
Vitaminas 
• Agem muitas vezes como coenzimas ou como parte de enzimas 
responsáveis por reações químicas essenciais à saúde humana. 
 
• Mantêm a saúde ideal e a prevenção de doenças crônicas. 
Componentes químicos da célula 
Elementos minerais 
DNA 
• Presente em todos os organismos, exceto retrovírus (RNA) 
 
• Função  transmissão do patrimônio genético e síntese protéica 
 
• Localização  Núcleo (eucariontes), nucleóide (procariontes), 
mitocôndrias e cloroplastos 
Componentes químicos da célula 
Ácidos nucleicos 
• Genes 
 Um segmento de DNA que contém sequência de nucleotídeos 
para sintetizar uma determinada proteína. 
• Composição  nucleotídeos 
Componentes químicos da célula 
Ácidos nucleicos 
DNA 
Componentes do DNA 
Pareamento específico entre as bases: manutenção da 
dupla hélice 
 
Estrutura química e 
tamanho das bases nitrogenadas 
Pontes de hidrogênio 
A=T G≡C 
Antiparalela e complementar 
DNA 
• Forma  dupla hélice 
 
• Nucleotídeos unidos por ligação fosfodiéster 
 antiparalela 
 
• Fitas unidas por pontes de hidrogênio entre 
as bases nitrogenadas 
Bases nitrogenadas ligadas 
por pontes de hidrogênio 
 parte interna da fita 
Hidrofóbicas  estabilidade 
Açúcar e fosfato 
 parte externa da fita 
Hidrofílicas 
Dupla hélice 
Características da Fita de DNA 
 
• Presente em todos os organismos, exceto adenovírus (DNA) 
 
• Função  síntese protéica 
 
• Localização  Núcleo, nucleóide (procariontes) e citoplasma, 
Componentes químicos da célula 
Ácidos nucleicos 
RNA 
Componentes químicos da célula 
Ácidos nucleicos 
RNA 
: A, G 
: C, U 
Grampos e alças: pontes de H entre AU e CG 
• mRNA ( RNA mensageiro): leva a informação retirada do DNA, 
contém a informação genética para a sequência de aa’s 
 
• rRNA (RNA ribossômico): juntamente com outras proteínas forma 
o ribossomo , responsáveis pela síntese proteica• tRNA (RNA transportador): identifica e transporta os aa’s até o 
ribossomo 
 
 
Componentes químicos da célula 
Ácidos nucleicos 
RNA 
RNA mensageiro (mRNA): leva a informação genética retida no 
DNA, estabelece a sequência de aa’s na proteína 
 
RNA de transferência (tRNA) 
 
• São moléculas pequenas 
• Carregam os aminoácidos para o 
ribossomo 
• Existem cerca de 60 diferentes tRNA 
em células bacterianas 
• 100-110 em mamíferos 
• Uma das porções variáveis essenciais 
corresponde ao anticódon – 
reconhece o códon 
• Aminoacil-tRNA sintetase – liga o aa 
correto 
 
 
 RNA ribossômico (rRNA) + proteínas = ribossomos 
 
RNA ribossomal - ribossomos 
• Formadas por aminoácidos (20 aa’s associados 
covalentemente por ligações peptídicas) 
 
• Monômero  aminoácido, polímero (polipeptídeo) 
proteína 
 
• Maior parte da matéria seca 
 
• Moléculas tridimensionais  estáveis 
 
• Constituem a expressão da informação genética ou seja, para cada 
proteína existe um segmento de DNA (gene) que armazena a informação 
que especifica sua composição, sequência e número de aminoácidos. 
 
Proteínas 
Componentes químicos da célula 
• Maioria das funções das células e organelas 
 
• Estruturais: partes integrais das principais estruturas celulares 
(membranas, parede celular e componentes citoplasmáticos) 
 
• ou catalíticas (enzimas) 
 
• Proteínas fibrosas  queratina e o colágeno  insolúveis em 
água 
 
• Proteínas globulares  albumina e proteínas sanguíneas  
solúveis em água 
Proteínas 
Proteínas conjugadas (grupo prostético) 
 
  nucleoproteínas (ácidos nucléicos) 
 
  glicoproteínas (hidratos de carbono) 
 
  lipoproteínas (lipídeos) 
 
  fosfoproteínas (fósforo) 
Proteínas 
 Classe de compostos nitrogenados orgânicos e complexos 
formados por um número muito grande de aminoácidos, unidos 
por meio de ligações peptídicas. 
 
 
 
 
 
São formadas a partir de um conjunto 
de 20 aminoácidos diferentes, pela 
ligação de poucos ou milhares desses 
aminoácidos em várias sequências, 
formando cadeias. 
Proteínas 
Composição 
dos 
aminoácidos 
Diversidade de aa’s 
quimicamente 
distintos. 
Permite a formação de um 
enorme no de proteínas 
únicas com propriedades 
bioquímicas distintas 
Alguns procariotos vivem a partir de L-açúcares e D-aminoácidos porque possuem 
Racemases (interconversão de enantiômeros) 
São isômeros ópticos que 
apresentam a mesma forma 
molecular e estrutural. Um 
corresponde à imagem 
especular do outro. 
Enantiômeros 
Proteínas 
Parede 
Celular 
bacteriana 
 Estrutura Primária 
 
 
 
Proteínas 
É dada pela sequência de aa’s que formam uma cadeia polipeptídica. 
• Ligações peptídicas: covalentes. 
• A estrutura primária de um polipeptídeo é crítica para a sua atividade 
final porque só é compatível com determinados tipos de padrões de 
dobramentos 
• Determina a estrutura tridimensional da proteína (atividade biológica). 
 
 
 
 
 
O número de aa’s é muito variável de uma proteína para outra: 
 • Insulina bovina: 51 aminoácidos 
• Hemoglobina humana: 574 aminoácidos 
• Glutamato desidrogenase : 8300 aminoácidos 
A estrutura primária pode variar em 3 aspectos: 
• número 
• sequência 
• natureza dos aa’s 
 Anemia falciforme 
 Substituição do ácido glutâmico por valina na hemoglobina 
• Doença hereditária 
 
•Alteração dos glóbulos 
vermelhos do sangue 
 
•Deficiência no transporte 
de oxigênio 
Proteínas 
Estrutura Secundária 
 
• Configuração espacial  proximidade dos aa’s da cadeia 
peptídica 
 
• Ligações fracas mantêm a estrutura secundária 
 
• 2 tipos: 
  α –hélice: forma cilíndrica 
  Folha ß – pregueada : forma de folha de 
 papel dobrada 
α –hélice 
 
+ flexíveis 
 
Proteínas transportadoras 
 e receptores 
 
Folha β pregueada 
+ rígidas 
Proteínas estruturais 
 
 
 Estrutura Terciária 
 
• Dobras entre α hélice e Folha β pregueada 
 
• aa’s localizados em regiões distintas da cadeia se relacionam 
quimicamente 
 
•Também é rígida: cadeia lateral de aa’s do polipeptídeo está 
posicionada de maneira específica na estrutura secundária 
 
• Configuração tridimensional completa, a qual é o resultado do 
dobramento de um polipeptídeo com estrutura secundária 
 
Proteínas 
A estrutura é mantida por pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, lig. 
iônicas e por lig. covalentes do tipo dissulfeto (S-S). 
Estrutura quaternária 
 
• Refere-se à disposição das subunidades (peptídeos) que 
formam a molécula (subunidades interdependentes). 
 
 
• Estabilizada por vários tipos de ligações não covalentes: 
pontes de H, interações hidrofóbicas, van der Waals e lig. 
Covalentes (ptes de sulfeto). 
 
• Proteína composta por 2 ou mais polipeptídeos. 
Proteínas 
Forças de van der Waals: atração elétrica causada pela flutuação das cargas elétricas que 
aparecem quando dois átomos se aproximam a distâncias muito curtas 
A distribuição de aa’s polares e apolares governa o 
enovelamento de proteínas 
Como resultado dessas interações: maioria das proteínas tem estrutura 
tridimensional particular, que é determinada pela sequencia de aa’s. 
Hemoglobina 
• 4 cadeias de 100 aa’s: 2 α e 2 ß 
• 1 grupo prostético: Grupo 
heme: Fe combina c/ O2 
Hierarquia estrutural das proteínas 
A informação para o dobramento de uma proteína é 
determinada pela sua sequência primária. 
• Desnaturação não afeta as 
ligações peptídicas. 
 
•Molécula desnaturada retém 
sua estrutura primária. 
 
•A atividade biológica não é 
inerente à estrutura primária, 
mas é função do dobramento 
único da molécula 
Desnaturação da proteína ribonuclease 
Enzimas: proteínas com função catalítica 
• As enzimas são catalisadores biológicos da célula. 
• São específicas para cada reação e capazes de controlar a sua 
velocidade. 
Estrutura das Enzimas 
• As enzimas são proteínas globulares, apresentando uma 
estrutura terciária e quaternária. 
• O centro ativo das enzimas é o conjunto de aa’s envolvidos na 
catálise. 
• Muitas enzimas necessitam de coenzimas para atuarem. 
• Especificidade: cada enzima atua sobre um determinado 
substrato 
Modo de atuação das enzimas 
• complexo enzima-substrato: combinação reversível de enzima com o 
substrato 
E + S =>ES =>E + P 
• O substrato se liga à enzima através do centro ativo 
 (modelado pela estrutura primária da proteína) 
 
• A especificidade está pode ser relacionada com os modelos de ação 
enzimática. 
Modelo chave fechadura 
Modelo encaixe induzido 
Enzimas 
Enzimas 
 
•Hidrolases: desdobram substâncias por reação com a água: 
 A + H2O => B + C 
 Ex: oxidases, lipases, proteases, etc.; 
 
•Oxirredutases: catalisam reações redox: Ared + Box => Aox + Bred 
 Desidrogenases: removem hidrogênio do substrato; 
Oxidases: removem hidrogênio e entregam-no ao oxigênio, originando 
água; 
Hidrogenases: incorporam hidrogênio no substrato 
Oxigenases: incorporam oxigênio no substrato (oxidação) 
 
•Descarboxilases: retiram CO2 de ácidos carboxílicos; 
 
•Ligases: unem dois substratos; 
 
•Liases: degradam substâncias, sem que haja hidrólise. 
Classificação das enzimas 
As enzimas no metabolismo celular 
Anabolismo e catabolismo 
Conceitos gerais: 
 
Metabolismo: soma de todas as reações químicas de um 
organismo vivo. 
 
Catabolismo: reaçõesde quebra de moléculas complexas em 
compostos mais simples, com geração de 
energia. 
 
Anabolismo: conjunto de reações de síntese de moléculas 
orgânicas complexas a partir de moléculas mais 
simples. Há consumo de energia. 
 Reações catabólicas fornecem energia para as reações anabólicas 
ou biossintéticas! 
 Acoplamento das reações anabólicas e catabólicas é obtido 
através do ATP: 
 Reações anabólicas ou biossintéticas 
endergônicas: 
 Reações catabólicas exergônicas: 
ACOPLAMENTO DAS REAÇÕES ANABÓLICAS E CATABÓLICAS 
ATP  ADP + P + energia 
ADP + P + energia  ATP 
Estrutura do ATP 
Os nucleotídeos têm muitas outras funções 
1- Carregam energia química nas suas ligações anidrido 
fosfórico facilmente hidrolisáveis 
• Proteínas específicas: facilitar as reações quimícas da 
célula 
 
• Responsáveis pelo controle das reações fundamentais à 
vida: síntese ou degradação 
 
• Catalisadores biológicos: acelerar as reações quimícas 
sem sofrerem modificação 
Enzimas 
Macromoléculas não 
informacionais: 
seq de monômeros que 
tem papel importante na 
célula como materiais 
estruturais ou de 
reserva 
Lipídeos 
• Compostas por carbono, hidrogênio e oxigênio 
• Insolúveis na água e solúveis em: etér, clorofórmio e benzeno 
• Longas cadeias hidrocarbonadas : apolares ou hidrofóbicos 
• Em muitos lipídeos essas cadeias podem estar ligadas a um grupo 
polar  hidrofílica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Lipídios mais comuns: ácidos graxos, triglicerídeos, fosfolípideos, 
glicolípideos e esteroídes 
 
Ácidos 
graxos 
• Trigliceróis : Ácidos graxos ligados ao glicerol por ligações éster 
 
• Reserva de energia para o organismo 
 
• Liberam o dobro de energia em relação aos hidratos de carbono 
Triglicerídeos 
• Anfipáticas 
 
• Cabeça  hidrofílica, 
cauda  hidrofóbica 
 
• Principal 
componente da 
membrana 
plasmática 
Fosfolipídeos 
Grupos carregados ou grupos 
polares 
Átomos não carregados ou 
apolares 
não formam interações 
energeticamente 
favoráveis com água 
interações eletrostáticas 
ou pontes de hidrogênio 
com água 
Fosfolipídeos 
Bicamada lipídica fluida e 
autoselante 
Barreira de 
permeabilidade ideal 
• Presentes na membrana plasmática 
Glicolipídeos 
• Lipídeos estruturais  membrana plásmatica 
 
• Esterol mais comum em animais  colesterol 
 
• Esterol mais comum em plantas  fitoesterol 
 
• Precursor  Vitamina A, estrógenos, progesterona, 
testosterona, cortisol 
Esteróides 
Colesterol 
 
Fracamente 
anfipático 
Altamente 
solúvel no 
interior 
hidrofóbico da 
membrana 
 Estrutura rígida do 
anel esteróide 
 (anéis hidrocarbônicos). 
Impede endurecimento da 
membranas em baixas 
temperaturas 
Carboidratos 
 
• São compostos orgânicos. 
 
• 3 elementos na sua fórmula: C, H, O (1:2:1) 
 
• Fórmula empírica (CH2O)n, 
 
• São formados por monossacarídeos. 
 
• Principal fonte de energia para a célula 
 
• Glicose e amido: base da nutrição humana 
 
• Constituintes estruturais da parede celular e dos reservatórios de 
energia e são sinais de reconhecimento específicos. 
 
Componentes químicos da célula 
• Classificados de acordo com o número de monômeros 
que contém 
Monossacarídeos Dissacarídeos 
Oligossacarídeos Polissacarídeos 
Carboidratos 
Componentes químicos da célula 
• Açúcar simples  (CH2O)n 
 
• Qto ao n° de átomos de C: trioses, tetroses, pentoses... 
 
• > relevância C4, C5, C6 e C7 
 
• Pentoses  desoxirribose e ribose 
 
• Hexoses  glicose, galactose, 
 frutose e manose 
 
 
 
Monossacarídeos 
Derivados de carboidratos simples são comuns na célula 
Muitos monossacarídeos são Isômeros 
• Mesma fórmula 
molecular, mas são 
encontrados em 
formas estruturais 
diferentes (leve 
modificação nas 
propriedades 
químicas ). 
 
•Glicose, lactose e 
manose: C6H12O6 
D-Glicose: + abundante nos 
sistemas biológicos 
Enantiômeros 
Monossacarídeos 
Aldose Cetose 
• C12H22O11 
 
• Açúcar formado por pela combinação de 2 monômeros de 
hexose (ligação glicosídica) e perda de 1 molécula de água 
 
Dissacarídeos 
• Lactose (glicose + galactose), 
 Sacarose (glicose + frutose), 
Maltose (glicose + manose) 
Moléculas de lactose (A) e sacarose (B)( dissacarídeos) 
• Combinações distintas de vários monossacarídeos 
 
• Moléculas curtas, lineares e ramificadas feitas a partir de 
repetição de subunidades de açúcar. 
 
• Glicose, galactose, manose, fucose, xilose, N-
acetilglicosamina, N-acetilgalactosamina e ácido N-
acetilmurâmico 
 
Oligossacarídeos 
• Combinação de vários monossacarídeos com perda 
correspondente de uma molécula de água 
 
• Moléculas grandes, lineares e ramificadas feitas a partir de 
repetição de subunidades de açúcar. 
 
 
• (C6H10O5)n 
 
 
• Após hidrólise  origem a açúcar simples 
Polissacarídeos 
• Amido (células vegetais) e glicogênio (células animais) 
 substâncias de reserva alimentar 
 
• Celulose (células vegetais)  elemento estrutural 
mais importante da parede celular da célula vegetal 
 
• Quitina (células animais)  elemento estrutural 
Polissacarídeos 
 
O glicogénio é o polissacarídeo de reserva energética animal 
Polissacarídeos 
 
 
• Ligações glicosídicas α são 1 – 4 com ramificações α 1 – 6 ocorrendo a cada 8 ou 12 
resíduos 
Polissacarídeos reserva: amido e glicogênio 
 AMIDO = Amilose e Amilopectina 
 
 Amilose: 
– Ligações glicosídicas α (1-4) 
 
Amilopectina: 
– Ligações glicosídicas α (1-4) e ramificações 
unidas por ligações α (1-6) 
 
 
Amilopectina 
Amilose 
D-Glicose, mas têm 
ligações glicosídicas α e β 
Propriedades funcionais 
distintas 
Amido e celulose 
Polissacárideos estruturais: celulose e quitina 
Celulose 
• Paredes celulares rígidas 
• Polímero linear de até 15 mil resíduos de glicose ligados por ligações 
glicosídicas β(1" 4) 
• Coesa – pontes de hidrogênio 
 
 
 
 
 
Quitina 
• Boa resistência mecânica 
 
Cadeia de celulose com ligações (β1→ 4); ligações de hidrogênio (rigidez estrutural) 
 
 
 
 
Glicoproteínas e glicolipídeos 
 
• São polissacarídeos ligados a proteínas ou aos lipídeos 
 
• Ocorrem em todas as formas vivas 
 
• Desempenham papel importante nas membranas celulares 
(receptores) e defesa dos micro-organismos (principal porção 
da parede celular de bactérias gram negativas) 
 
• Estão constantemente sendo degradadas e produzidas 
 
 
 
Polissacarídeos Complexos