Composição Química da Célula

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Composição Química da Célula
Profa Joyce Fernandes
Feevale
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ESTUDO DAS BASES MOLECULARES E REAÇÕES QUÍMICAS FUNDAMENTAIS PARA A VIDA
1) Definição
Bios: Vida
Química
2) Principais questões em Bioquímica
Como as biomoléculas interagem?
Como as moléculas biológicas são sintetizadas e degradadas?
De onde vem a energia necessária para a vida?
De que maneira a energia é conservada e usada pelas células?
-Como essas reações são controladas?
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Qual o objetivo da Bioquímica? 
Explicar a forma e a função biológica em termos químicos 
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Os quatro elementos químicos mais abundantes nos organismo, em termos das porcentagens do número total de átomos, são o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio e o carbono, os quais , juntos, formam mais de 99% da massa da maioria das células. 
A junção desses átomos com mais outros elementos dão origem a todas as biomoléculas
Ex: Carboidratos, Proteínas, Lipídios, Enzimas
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Componetes Celulares
Divididos em:
Inorgânicos: 
Água e Sais Minerais
Orgânicos ou Biomoléculas: 
Glicídeos
Lipídeos
Proteínas
Ácidos nucléicos
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As biomoléculas têm algumas características fundamentais e que as definem:
têm grande dimensão e peso molecular, sendo por isso designadas macromoléculas; 
têm grande variedade dentro de cada grande categoria; 
a sua estrutura é muito complexa mas formada por um reduzido número de unidades estruturais básicas, ou seja, são polímeros de monômeros; 
formam estruturas altamente organizadas e com função específica, como a celulose ou a hemoglobina, por exemplo.  
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Água
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H – hidrogênio
O – oxigênio
H2O
(Água)
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A água é a substância mais abundante nos sistemas vivos compondo 70% ou mais da massa da maioria dos organismos.
A água é um solvente polar, ela dissolve facilmente a maioria das biomoléculas, compostos que se dissolvem facilmente na água são ditas hidrofílica e os que não se dissolve em água é dito hidrofóbica.
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Propriedades físicas da água
Incolor, inodora e insípida.
Estrutura 
 2 átomos de H ligados a 1 átomo de O;
 os átomos de H não estão arranjados linearmente, mas na forma de um tetraedro. Os H ocupam 2 vértices do tetraedro e os pares de elétrons não ligantes do O, os outros 2.
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Exemplos de ligações de hidrogênio.
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A água como solvente
Propriedades: altamente polar e com alta afinidade umas com as outras
Porque a água é considerada “solvente”? 
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Propriedades Biológicas da água
capacidade de dissolução- considerada solvente universal; 
elevado calor de vaporização - quantidade de calor necessária para passar uma grama de líquido a vapor, que neste caso é elevado precisamente devido à grande estabilidade causada pelas ligações por ponte hidrogênio; 
elevado calor específico - quantidade de calor necessária para que a temperatura de um líquido suba 1ºC, no caso da água é elevado o que faz com que as variações de temperatura da água sejam lentas; 
elevada tensão superficial - a coesão entre moléculas de água devido à polaridade e às ligações de H permite que um inseto como o alfaiate literalmente ande sobre água; 
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Sais Minerais
Como a célula é um meio aquoso, não se encontram sais minerais, mas ions inorgânicos. Alguns deles são encontrados em todos os seres vivos.
– Cations: sódio, potássio, magnésio, cálcio, ferro, manganês, cobalto, cobre, zinco.
– Anions: cloreto, bicarbonato, fosfato, sulfato, nitrato.
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Sais Minerais
- Algumas ações são exercidas especificamente por alguns ions:
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De um modo geral, os sais na forma ionica atuam no metabolismo e na forma molecular estão presentes em estruturas esqueléticas como carapaças, conchas, ossos, chifres, cascos, onde são comuns o carbonato de cálcio e o fosfato de cálcio.
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Glicídeos
Um dos maiores grupos de substâncias naturais. 
Mais importante fonte de energia para animais e plantas, podendo também ter função de reserva e estrutural.
Inicialmente classificados como hidratos de carbono devido ao fato de serem biomoléculas compostas por carbono, hidrogênio e oxigênio 
Definição correta de glicídeo é que são aldeídos ou cetonas polihidroxilados. As propriedades comuns das moléculas devem-se precisamente à existência de um ou vários radicais -OH e de, pelo menos, um grupo aldeído ou cetona.
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Classificação dos Glicídeos
Os glícidos são classificados em função da complexidade das suas moléculas, distinguindo-se 3 grandes grupos: 
Monossacarídeos: São os glícidos mais simples, com uma molécula formada por um único monômero. São as unidades básicas da construção dos glicídeos mais complexos.O número de átomos de carbono da molécula serve de base à classificação dos monossacarídeos:
triose - três carbonos, como por exemplo gliceraldeído, hidroxicetona; 
tetrose - quatro carbonos, como por exemplo eritrose, ribulose;
pentose - cinco carbonos, como por exemplo ribose, desoxirribose; 
hexose - seis carbonos, são as formas energéticas dos glicídeos, como por exemplo glicose, frutose, galactose;
 heptose - sete carbonos, como por exemplo heptulose. 
Note-se que todas as moléculas de hexose têm o mesmo número de átomos constituintes C6H12O6, no entanto as suas propriedades são diferentes devido ao diferente arranjo espacial das moléculas (isomeria). 
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As pentoses
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As Hexoses
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Oligossacáridos Estes glicídios resultam da ligação de um número reduzido de monômeros (2 a 10) e são vulgarmente conhecidos por açúcares por serem doces e solúveis em água. 
			Os monossacarídeos que formam um oligossacarídeo unem-se entre si através de ligações glicosídicas, donde resulta a formação de uma molécula de água.
			Os dissacarídeos mais importantes são:
Sacarose - extraída da cana-de-açúcar ou da beterraba, resulta da união através de uma ligação glicosídica de glicose e frutose. 
Maltose - formada pela união de duas glicoses através da ligação glicosídica; 
Lactose - formada pela união de uma glicose e uma galactose. Compõe cerca de 5% do leite dos mamíferos, sendo um dos açúcares menos doce e menos solúvel. Tem grande importância para o desenvolvimento dos jovens devido ao poder anti-raquítico e à necessidade de galactose para a adequada formação das cartilagens e do tecido nervoso. 
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Díssacarídeos
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Polissacarídeos Os glicídeos resultantes da união, através de ligações glicosídicas, de número elevado de monossacarídeos (pelo menos várias centenas). Com base na sua função celular, podem ser classificados: polissacarídeos de reserva, onde se incluem o amido ou o glicogênio, e polissacarídeos estruturais, como a celulose ou a quitina. 
Amido - é a forma de reserva de glícidos presente nas plantas, encontrando-se geralmente sob a forma de grânulos (sintetizados no interior de amiloplastos) cuja morfologia varia com a espécie. A deposição do amido nos grânulos é feita em camadas concêntricas, a partir de um ponto central chamado hilo. Geralmente é composto por dois polímeros: 
Amilose - polímero não ramificado e linear, formado por ligações semelhantes às presentes na maltose, o que leva a tendência a enrolar-se em hélice. 
Amilopectina - polímero ramificado, cada ramificação formada por cerca de 20 moléculas de glicose. As extremidades livres das cadeias estão enroladas em hélice como na amilose. 
A razão amilose/amilopectina varia geralmente entre 1:6 e 1:3, embora haja situações de uma total ausência de amilopectina.   
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Glicogênio - é caracteristicamente o polissacarídeo de reserva nos animais, ainda que também surja em fungos. É armazenado nas células musculares e do fígado e tem uma estrutura muito semelhante à da amilopectina, ainda que com cadeias mais curtas e mais fortemente ramificadas. 
Celulose - logo a seguir à água é o composto mais abundante nas plantas. Trata-se de uma molécula com função estrutural, não ramificada de grandes dimensões, rígida e distendida o que leva a
uma estrutura em forma de fibrila. Estas formam a parede celular das células vegetais. 
Quitina - é um polissacarídeo estrutural presente em Artrópodes, onde forma o exoesqueleto, e em fungos, onde faz parte da parede celular. In vivo está sempre associada a proteínas, o que a torna especialmente resistente. 
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Lipídeos
Conjunto bastante heterogêneo de compostos, extremamente diferentes entre si em termos de estrutura química e função biológica, com uma reduzida solubilidade em água e uma solubilidade em solventes orgânicos (éter, clorofórmio, benzeno, acetona, álcool, etc.). 
Sua reduzida solubilidade em água resulta de suas moléculas serem essencialmente hidrocarbonadas, ou seja, altamente hidrofóbicas. Tal como os glícidos, também os lípidos são formados apenas por carbono, oxigênio e hidrogênio.
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Existem várias categorias de lipídeos, de acordo com a função que desempenham:
Glicerídeos - também conhecidos por glicérides, estes lipídeos são ésteres do 		álcool glicerol e de ácidos graxos. Esta reação de síntese de glicerídeos 	designa-se esterificação, devido à formação de ligações éster entre os 	radicais -OH e -COOH. Os ácidos gordos que compõem um glicerídeo 	podem ser todos iguais mas geralmente são diferentes e é precisamente 	a sua natureza que determina as propriedades do lipídeo, sendo o fator 	mais importante o grau de saturação das moléculas. 
 
Os ácidos graxos são lineares, mas quando surgem ligações duplas a molécula 	fica imediatamente encaracolada. Assim, cadeias de ácidos graxos 	saturados ficam mais ordenadas e rígidas, originando gorduras sólidas à temperatura ambiente. Os ácidos graxos insaturados têm uma estrutura mais espaçada, originando óleos líquidos à temperatura ambiente. 
Os glicerídeos são lipídeos de reserva em plantas e animais, nestes últimos 	acumulando-se em células especiais (adipócitos) ou em depósitos 	subcutâneos que funcionam como protecção contra o frio e os golpes 	mecânicos. 
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Fosfolipídeos - desempenham 	exclusivamente um papel estrutural, sendo o componente base das 	membranas celulares.  
		São ésteres de glicerol onde duas das ligações do álcool estão esterificadas com ácidos graxos e a terceira ligação está sempre esterificada com ácido fosfórico. 
		Estrutura fortemente assimétrica: um extremo hidrocarbonado formado pelos ácidos graxos apolar e hidrofóbico, e um extremo com o grupo fosfato polar e hidrofílico. Esta assimetria designa-se anfipatia e é uma propriedade que permite aos fosfolipídeos formar espontaneamente micelas (esfera formada por fosfolipídeos organizados lado a lado com as caudas para dentro e as cabeças para fora, em contacto com a água). Assim, os fosfolipídeos dissolvem-se em água mas não formam soluções homogêneas pois as micelas têm cargas negativas à superfície e repelem-se mutuamente. Por este motivo os fosfolipídeos são detergentes naturais, a cauda apolar liga-se às gorduras e seguidamente forma-se uma micela com a gordura ao centro. Agitação mecânica arrasta a gordura e o detergente. Certamente, no entanto, a sua mais importante função a nível biológico é a capacidade de formar mono e bicamadas membranares, a base da construção das membranas biológicas.
 
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Esteróides - completamente diferentes, do ponto de vista de estrutura química, dos 	anteriores, têm uma estrutura cíclica complexa e funções reguladoras. Fazem 	parte das membranas (colesterol), circulam no sangue dos animais (hormonios 	esteróides, como a testosterona ou a progesterona), são vitaminas ou 	pigmentos fotossintéticos (carotenóides) entre muitas outras situações. 
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Aminoácidos e Proteínas
Aminoácidos - monômeros derivados de ácidos carboxílicos em que um dos heterogêneos foi substituído por um grupo amina. O radical -R varia entre os cerca de 20 aminoácidos que são conhecidos e que podem ser agrupados nas seguintes categorias: 
aromáticos - apresentam na sua constituição um anel aromático com 6 carbonos (benzeno); 
heterocíclicos - apresentam na sua estrutura outro tipo de anéis aromáticos, diferentes do benzeno; 
alifáticos - o radical é composto por cadeias hidrocarbonadas. 
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Polipeptídeos ou proteínas - geralmente quando existem mais de 50 aminoácidos. Macromoléculas formadas por cadeias de aminoácidos ligados através de ligações peptídicas.
 As proteínas podem ser agrupadas em dois grandes conjuntos: 
proteínas simples - formadas apenas por cadeias polipeptídicas, uma ou várias; 
proteínas conjugadas - formadas por uma ou mais cadeias polipeptídicas associadas a outras substâncias conhecidas por grupos prostéticos, podendo assim originar-se fosfoproteínas, lipoproteínas, glicoproteínas, metaloproteínas, etc. 
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São muito diversificadas pois os 20 diferentes tipos de aminoácidos podem estar presentes em percentagens muito variáveis e em sequências muito distintas.
As ligações peptídicas entre aminoácidos não são as únicas presentes nas proteínas, existem ligações secundárias entre radicais ionizados de alguns aminoácidos, que determinam formas específicas para cada proteína. 
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Apresentam vários níveis de organização:
estrutura primária - corresponde à sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica; 
estrutura secundária - as proteínas não formam cadeias lineares de aminoácidos mas antes enrolam-se e dobram-se sobre si próprias. Do esqueleto formado pelos sucessivos grupos amino e carboxila ligados por ligações peptídicas surgem ligações secundárias por ligações de hidrogênio que originam duas estruturas distintas: a hélice alfa (característica de proteínas ditas globulares como a hemoglobina) e a folha pregueada beta (características de proteínas ditas fibrosas, como a queratina ou a miosina); 
estrutura terciária - nas proteínas globulares, ao contrário das fibrosas de estrutura alongada, as cadeias enrolam-se ainda mais sobre si próprias, originando uma estrutura esférica ou elipsoidal. Estas dobras são mantidas em posição por ligações entre os diversos radicais -R dos aminoácidos. Dado que estas forças são fracas, podem ser facilmente quebradas originando a desnaturação da proteína e a perda de atividade biológica; 
estrutura quaternária - neste caso, a proteína é formada por mais do que uma cadeia polipeptídica ou subunidade, cada uma incapaz de realizar a função do todo. 
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Níveis de Organização Protéica
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Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos
Nucleótido podem ser hidrolisados em três constituintes complexos: 
grupo fosfato - ácido fosfórico geralmente ionizado; 
pentose - glicídio monossacarídeo com cinco carbonos; 
base aminada. 
As principais bases constituintes dos ácidos nucléicos são a adenina, citosina, guanina, timina e uracila. Estas bases são agrupadas em purinas (adenina e guanina) e pirimidinas (citosina, timina e uracila), conforme derivem da purina ou da pirimidina. Alguns animais também usam a guanina como pigmento refletor, como nas escamas dos peixes ou nas carapaças dos insetos.
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Quando se une um glicídeo a uma base 		nitrogenada obtém-se um nucleosídeo. 
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O 	nucleotídeo funcional resulta da união do ácido fosfórico, através de uma ligação éster (ácido com carboxila). Todos os nucleotídeos podem estar ligados não apenas a uma molécula de ácido fosfórico mas a duas ou mesmo três. Assim, teremos:
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Os nucleotídeos -trifosfato desempenham importantes funções celulares:
Como transportadores de energia na célula pois a separação dos diversos grupos fosfato libera grande quantidade de energia; 
Como formadores de coenzimas, essenciais a muitas reações celulares;
Como segundo-mensageiros na sinalização celular. 
Nucleotídeos -trifosfato são a forma usada na síntese enzimática dos ácidos nucléicos. 
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Ácidos nucléicos são macromoléculas 	formadas pela união de nucleótídeos através 	de ligações fosfodiéster. 
Dois tipos de molécula, diferença que deriva dos diferentes monômeros usados na sua formação: 
ácido
desoxirribonucléico (DNA) - encontra-se no núcleo das células, onde forma os cromossomos, e nos cloroplastos e mitocôndrias; 
ácido ribonucléico (RNA) - encontra-se essencialmente no citoplasma e dele existem três tipos: ribossômico, de transferência e mensageiro. 
Os ácidos nucléicos são as maiores moléculas presentes nas células mas são formadas por um número espantosamente reduzido de monômeros, ditos genericamente nucleotídeos. 
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Estrutura comparativa do DNA e RNA 
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Ligação 
Fosfodiester
Polaridade
5’ -> 3’
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tRNA
rRNA
Tipos de RNAs
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Hidrofilia X Hidrofobia 
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Moléculas anfifílicas  agregados ordenados
Micelas  glóbulos, onde os grupos hidrofílicos ficam na superfície e interagem com o solvente aquoso. Grupos hidrofóbicos se associam no centro, longe do solvente.
Bicamadas  forma de folha, grupos polares têm contato com a fase aquosa.
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