Apostila Biologia Celular - bioquimica celular

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CAPÍTULO 2 
QUÍMICA DA CÉLULA 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
 Quando se analisa a matéria que constitui os seres vivos, encontram-se principalmente os seguintes 
elementos: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S). Esses 
elementos constituem cerca de 98% da massa corporal da maioria dos seres vivos. 
 Podemos classificar os compostos químicos presentes nas células em orgânicos e inorgânicos. São 
compostos orgânicos os carboidratos, lipídios, proteínas, vitaminas e ácidos nucléicos; são inorgânicos a 
água e os sais minerais. 
 
 
 
1.1 O CARBONO E A VIDA 
 
 A vida na Terra baseia-se essencialmente no elemento carbono, que constitui estrutura básica de 
todas as moléculas orgânicas. Os átomos de carbono se unem em sequência, formando cadeias 
carbônicas, que se ligam a outros elementos químicos. 
 
2 SAIS MINERAIS 
 
 Os sais minerais são substâncias inorgânicas formadas por íons, que resultam de átomos que 
receberam ou doaram elétrons, ânions (-) e cátions (+), respectivamente. 
 A falta de certos sais minerais pode afetar seriamente o metabolismo e mesmo causar a morte. Por 
exemplo, íons de cálcio (Ca²
+
) participam das reações de coagulação do sangue e da contração muscular, 
além de serem componentes principais dos ossos. 
 
3 ÁGUA 
 
 É o composto mais abundante do nosso organismo e da maioria dos seres vivos. Em tempos de 
estiagem, esporos de bactérias, cistos de protozoários e sementes de vegetais conseguem sobreviver um 
longo período em estado de latência. Este fenômeno é chamado de anidrobiose. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.1 PROPRIEDADES DA ÁGUA 
 
 Coesão: atração das moléculas de água entre si. 
 Adesão: atração entre moléculas de água e de outras substâncias polares. 
 
Criptobiose: estado de latência que pode 
ser presenciado em alguns animais, quando 
se encontram em condições adversas 
do meio-ambiente em que todos os 
procedimentos metabólicos param. 
Um organismo em tal estado pode viver 
indefinidamente até que as condições 
ambientais voltem à normalidade. 
 
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 Capilaridade: capacidade que a água tem de subir em vasos muito finos. 
 
 Dissolução: Capacidade que a água possui de separar moléculas de um soluto. Por essa 
capacidade, a água é conhecida como solvente universal. 
 
3.1 FUNÇÕES DA ÁGUA 
 
 Atuar como solvente; 
 Facilitar a entrada e a saída de substâncias da célula; 
 Participar das reações de hidrólise; 
 Regular a temperatura nos animais endotérmicos. 
 
 
 
4 GLICÍDIOS 
 
 Também chamados de carboidratos, açúcares ou hidratos de carbono, são moléculas orgânicas 
constituídas fundamentalmente por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. 
 Os glicídios constituem a principal fonte de energia para os seres vivos – o mel contém glicose, a 
cana-de-açúcar é rica em sacarose, o leite contém galactose e os frutos adocicados contêm frutose e 
glicose; exercem função estrutural – a parede das células vegetais é formada de _______________, que dá 
sustentação ao corpo das plantas, o exoesqueleto dos artrópodes é formado do glicídio _______________. 
 Outro papel importante dos glicídios é participar da estrutura dos ácidos nucléicos, tanto do RNA 
quanto do DNA. 
 
4.1 MONOSSACARÍDEOS 
 
 São glicídios mais simples. Possuem fórmula geral CnH2nOn, em que o valor de n pode variar de 3 a 
7. Os monossacarídeos são compostos que possuem energia para uso imediato. 
 Os monossacarídeos mais importantes, sob aspecto biológico, são as pentoses e as hexoses. 
 
Pentoses: 
 Ribose: matéria prima para produção de ácido ribonucléico (RNA). 
 Desoxirribose: matéria prima para produção de ácido desoxirribonucléico (DNA). 
Hexoses: 
 Glicose: molécula mais usada pelas células para obtenção de energia. Fabricada na fotossíntese 
pelos vegetais. 
 Frutose: papel fundamentalmente energético. 
 Galactose: constituinte da lactose do leite. Possui papel energético. 
 
4.1.1 Glicose e fotossíntese 
 
 A fotossíntese é o processo pelo qual a energia luminosa do Sol é transformada em energia 
química. Um conjunto de reações químicas é responsável pela conversão de moléculas de gás carbônico 
(CO2) e água (H2O) em moléculas de glicose (C6H12O6) e gás oxigênio (O2). 
 
 
 
 
 
 
 
A fórmula C6H12O6 é comum às hexoses 
glicose, frutose e galactose. O que as 
difere é o arranjo dos átomos ao longo da 
molécula. 
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4.2 OLIGOSSACARÍDEOS 
 
 Formados pela união de duas até dez unidades de monossacarídeos. Os mais abundantes são os 
dissacarídeos, formados pela união de dois monossacarídeos. Possuem fórmula geral C2nH4n – 2O2n – 1, 
com a formação de uma molécula de água. 
 Ao serem ingeridos, os dissacarídeos têm que ser quebrados em monossacarídeos, caso não 
ocorra, a absorção pelo tubo digestivo dos animais não é efetuada. Essa quebra ocorre a partir do processo 
chamado hidrólise, que é a entrada de moléculas água na reação. 
 A ligação entre monossacarídeos é chamada de ligação glicosídica. 
 
 
 
4.3 POLISSACARÍDEOS 
 
 São os açúcares mais abundantes na natureza. São moléculas grandes, formadas por centenas de 
monossacarídeos, por isso são consideradas macromoléculas. Compõem um grupo de glicídios que cujas 
moléculas não apresentam sabor adocicado. 
 De acordo com suas funções biológicas, podem ser classificados em energéticos de reserva ou 
estruturais. 
 
POLISSACARÍDEOS ESTRUTURAIS 
Celulose 
Participa da composição da parede celular dos vegetais. É o 
carboidrato mais abundante na natureza. 
Quitina 
Está presente na parede celular de fungos e no exoesqueleto 
dos artrópodes. 
 
POLISSACARÍDEOS ENERGÉTICOS 
Amido 
Apresenta função de reserva. É encontrado em raízes, caules e 
folhas. 
Glicogênio 
É o carboidrato de reserva dos animais e dos fungos. É 
armazenado nos músculos e no fígado dos animais. 
 
5 LIPÍDIOS 
 
 O termo lipídio designa alguns tipos de substâncias orgânicas cuja principal característica é a 
insolubilidade em água e a solubilidade em certos solventes orgânicos. A razão da insolubilidade em água é 
que as moléculas desses lipídeos são apolares, por isso não têm afinidade por moléculas água. 
 Os lipídeos são moléculas formadas pela união de um ácido graxo com um álcool. Os mais 
conhecidos são as gorduras e os óleos. 
 São substâncias que atuam como reserva de energia, auxiliam na formação da membrana 
plasmática e formam as vitaminas e os hormônios. 
 
 
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5.1 GLICERÍDEOS 
 
 São moléculas do álcool glicerol ligadas a uma, duas ou três moléculas de ácidos graxos 
(formados por longas cadeias de número par de átomos de carbono com um grupo carboxila (COOH). 
Possuem função de isolamento térmico e reserva energética. 
 
 Englobam os óleos e as gorduras. 
 Ácidos graxos + glicerol 
 
5.2 CERÍDEOS 
 
 São ésteres, como os glicerídeos, constituídos por uma molécula de álcool unida a uma ou mais 
moléculas de ácidos graxos. Compreendem as ceras que são encontradas na superfície das folhas e dos 
frutos, impermeabilizando-os, evitando desidratação. 
 São encontrados também na secreção de alguns insetos e na secreção da glândula uropigiana das 
aves, contribuindo para a impermeabilização das penas. 
 
 Englobam as ceras. 
 Ácidos graxos + álcool de cadeia longa 
 
5.3 ESTERÓIDES 
 
 Diferem dos glicerídeos e das ceras, sendo considerada uma categoria especial de lipídeos. As 
moléculas de esteróides são compostas por átomos de carbono interligados, formando quatro anéis 
carbônicos aos quais estão ligadas outras cadeias carbônicas, grupos hidroxila ou átomos de oxigênio. 
 
 
 
 O colesterol é um dos esteróides mais conhecidos, principalmente por estar associado à doenças 
do sistema cardiovascular. Porém, sua ingestão é necessária, pois o colesterol é um componente 
importante nasmembranas celulares. 
 Asa expressões “colesterol bom” e “colesterol ruim” não se referem propriamente à molécula de 
colesterol, mas sim às proteínas sanguíneas encarregadas de seu transporte. Essas proteínas se associam 
a lipídios e formam lipoproteínas, que são conhecidas pelas siglas LDL (Low Density Lipoprotein) e HDL 
(High Density Lipoprotein). 
 As LDL são as principais transportadoras de colesterol, enquanto as HDL são as principais 
transportadoras de fosfolipídios. Uma alta concentração de colesterol no sangue interfere no processo de 
englobamento e degradação do conjunto colesterol-proteína pelas células, sendo este colesterol degradado 
utilizado na síntese de membranas celulares. 
 A redução da captação do complexo LDL pelas células faz com que este fique em excesso no 
sangue, oxidando e ficando alojado na parede dos vasos sanguíneos, ocasionando arteriosclerose. Por 
isso, o colesterol associado às LDL é chamado de “colesterol ruim”. 
 As HDL captam parte do excesso de colesterol do sangue, transportando-o até o fígado, que o 
excreta na bile. Essas lipoproteínas ajudam, portanto, a eliminar o colesterol do sangue e por isso são 
chamadas de “colesterol bom”. A ingestão de óleos vegetais como os presentes no azeite ajudam a 
manter os níveis normais de colesterol no sangue e aumentar a produção de HDL. 
 
5.4 FOSFOLIPÍDIOS 
 
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 È uma classe especial de lipídios, sendo os principais constituintes das membranas celulares. Do 
ponto de vista químico, é um glicerídeo combinado a um grupo fosfato. Sua molécula lembra um palito 
de fósforo, com uma “cabeça” eletricamente carregada (polar), e duas “caudas” sem carga elétrica (apolar) 
de ácido graxo. 
 As membranas biológicas são formadas por fosfolipídios organizados em duas camadas, nas quais 
sem encontram algumas proteínas incrustadas. Essas membranas são elásticas e por isso possuem a 
capacidade de reorganização evitando a ruptura das membranas, o que explica a capacidade de 
regeneração. 
 
 
6 PROTEÍNAS 
 
 As proteínas são compostos orgânicos mais abundantes da matéria viva. São consideradas 
macromoléculas complexas, de alto peso molecular e constituídas de unidades menores denominadas 
aminoácidos. 
 
6.1 AMINOÁCIDOS 
 
 É uma molécula orgânica por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio unidos entre si 
de maneira característica. 
 
 
Por exemplo: 
 
Glicina (gli): -R = H 
Alanina (ala): -R = CH3 
Cisteína (cis): -R = -CH2SH 
 
 Os aminoácidos que um organismo não conseguem produzir são chamados de aminoácidos 
essenciais, e os que podem ser produzidos a partir de outras substâncias celulares são chamados de 
aminoácidos não-essenciais o naturais. 
 
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6.2 LIGAÇÃO PEPTÍDICA 
 
 É a ligação entre dois aminoácidos vizinhos. Essa ligação se estabelece sempre entre o grupo 
amina de um aminoácido e o grupo carboxila de outro formando uma molécula de água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.3 FATORES QUE DETERMINAM AS PROPRIEDADES DAS PROTEÍNAS 
 
 O número de aminoácidos; 
 Tipos de aminoácidos; 
 Sequência de aminoácidos; 
 Configuração espacial do composto. 
 
 
 
 
Polímeros: são macromoléculas formadas 
pela união de várias moléculas menores 
chamadas de monômeros. As proteínas, 
portanto, são polímeros de amonoácidos. 
A união de mais de três aminoácidos é 
chamada de polipeptídio. 
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6.4 ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS 
 
 Estrutura primária: sequência de aminoácidos; 
 Estrutura secundária: enrolamento helicoidal da molécula; 
 Estrutura terciária: enrolamento da estrutura secundária; 
 Estrutura quaternária: associação de várias cadeias polipeptídicas enoveladas. Ex.: hemoglobina. 
 
 
6.5 ALTERAÇÕES DAS PROTEÍNAS 
 
6.5.1 Desnaturação 
 È a alteração na estrutura espacial das proteínas. Fatores que ocasionam a desnaturação protéica: 
 Temperatura (Ex.: febres muito altas) – Ex.: ovo cozido ou frito; 
 Variação de acidez (pH) – (queijos e iogurtes - ácido lático); 
 Presença de substâncias químicas. 
 
 
 
6.5.2 Mudança na sequência de aminoácidos 
 
 A sequência de aminoácidos chamada de estrutura primária é responsável pelas propriedades das 
proteínas. Cada proteína tem uma sequência determinada de aminoácidos. Essa sequência é determinada 
pelos genes do organismo, e qualquer alteração na estrutura desses genes (mutação) pode ocasionar 
mudanças na ordem dos aminoácidos e, consequentemente, nas propriedades das proteínas. 
Ex.: anemia falciforme. 
 
Hemoglobina normal: 
val – his – leu – ter – pro – glu – lis - ... 
 
Hemoglobina anormal: 
val – his – leu – ter – pro – val – lis - ... 
 
 
6.6 TIPOS DE PROTEÍNAS 
 
 Simples ou holoproteínas: Formadas apenas por aminoácidos. Ex.: Histona, albumina. 
 
 Complexas, conjugadas ou heteroproteínas: Possuem um radical não formado por aminoácidos 
ligado à sua molécula (Grupo Prostético ou radical). Ex.: Hemoglobina (globina – proteína simples + 
pigmento heme – grupo prostético) 
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6.7 FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS 
 De uma forma geral, as proteínas são substâncias que desempenham funções fundamentais para 
os seres vivos. Podem ser: estrutural, enzimática, hormonal, defesa e nutritiva. Exemplos: 
 Forma das células: citoesqueleto (esqueleto interno); 
 Reações químicas vitais: enzimas (ptnas especiais – catalisadores biológicos); 
 Defesa do organismo – anticorpos; 
 Transferência de informações para as células – hormônios; 
 Nutrição: servem como fonte de aminoácidos. 
 
6.8 ENZIMAS 
 
 São substâncias orgânicas de natureza protéica. São consideradas catalisadores biológicos, pois 
aceleram as reações químicas. Possuem como características: 
 Alto grau de especificidade; 
 Mecanismo de “Turnover” – desempenha a mesma função várias vezes consecutivas e não são 
consumidas no processo; 
 Altamente eficientes – aceleram a velocidade da reação de 108 a 1011; 
 Reduzem a energia de ativação necessária para a reação catalisada; 
 Não são tóxicas. 
 
 Algumas enzimas são proteínas simples, constituídas apenas de cadeias polipeptídicas. Outras 
são proteínas conjugadas, constituídas de uma parte protéica, apoenzima, combinada a uma parte não 
protéica, cofator. Se o cofator for uma substância orgânica, recebe o nome de coenzima. 
 
APOENZIMA + COFATOR = HOLOENZIMA (ATIVA) 
 
6.8.1 Nomenclatura 
 
 1- Nome do substrato + ASE. 
 Ex.: Amido + ASE = Amilase 
 
 2- Nome da reação + ASE. 
 Ex.: Oxidação = Oxidase 
 
 Algumas enzimas possuem nomes aleatórios. Ex.: ptialina (saliva – amido em glicose), pepsina 
(estômago – digere proteínas). 
 
6.8.2 Modelo “chave – fechadura” 
 
 A especificidade é explicada pelo fato de elas se encaixarem (reagirem) perfeitamente aos seus 
substratos. Em algumas reações, as moléculas de substrato são quebradas em moléculas menores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6.8.3 Gasto de energia nas reações 
 
 
6.8.4 Fatores que afetam a atividade enzimática 
 
 Concentração do substrato: aumentando a concentração do substrato, aumenta-se a velocidade 
da reação até o momento em que todas as moléculas de enzima se achem “ocupadas”. A partir deste 
momento a velocidade da reação é máxima e constante. 
 
 
 Concentração da enzima: aumentando a concentração de moléculas da enzima, a velocidade de 
reação aumenta desde que haja quantidade de substrato suficiente para receber as enzimas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[substrato] 
[enzima] 
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 Temperatura: a velocidade de uma reação enzimática aumenta com a elevação da temperatura. 
Porém, a partir de determinada temperatura, a velocidade diminui. 
 
 
 
 Grau de acidez (pH): as alterações de pH podem mudar a forma da enzima afetando seu 
funcionamento. Cada enzima tem um pH ótimo para o seu funcionamento, acima ou abaixo desse pHsua atividade diminui. 
 
 
 
6.8.5 Inibição enzimática 
 
 A inibição da ação da enzima pode ser reversível ou irreversível. Em um tipo de inibição 
reversível, a inibição competitiva da atividade enzimática, o inibidor compete como substrato pelo sítio 
ativo da enzima. O combate às bactérias patogênicas é feito a partir de substâncias (antibióticos) que têm 
efeito irreversível, ou seja, promovem a chamada inibição irreversível. 
 Outra forma de inibição enzimática é a chamada inibição alostérica, em que o agente inibidor se 
liga a uma região da enzima diferente do seu sítio ativo, produzindo alterações estruturais na enzima 
impedindo seu funcionamento. 
 
 
 
7 VITAMINAS 
 
 São substâncias orgânicas necessárias em poucas quantidades e que o organismo não consegue 
produzir. Se distinguem das demais substâncias orgânicas por não serem fontes de energia nem 
desempenharem funções estruturais. São responsáveis pela ativação das enzimas. 
 
 
 
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7.1 TIPOS DE VITAMINAS 
 
 Hidrossolúveis: são polares (dissolvem-se na água). São armazenadas em quantidades pequenas 
e devem ser ingeridas diariamente. 
 Lipossolúveis: são apolares (dissolvem-se em lipídios e em outros solventes orgânicos). São 
armazenadas no tecido adiposo e não necessitam ser ingeridas diariamente. 
 
 
 
8 ÁCIDOS NUCLÉICOS 
 
 São assim por seu caráter ácido e por terem sido descobertos originalmente no núcleo das células. 
A partir da década de 1940 passaram a ser investigados mais a fundo, pois se descobriu que eles 
constituem os genes, responsáveis pela herança biológica. 
 Existem dois tipos de ácidos nucléicos: DNA _________________________ e o RNA 
_________________________. 
 Os ácidos nucléicos são as maiores macromoléculas presentes nas células e são constituídos por 
três tipos de componentes: glicídios do grupo das pentoses (DNA – desoxirribose; RNA – ribose), ácido 
fosfórico e bases nitrogenadas. Dos cinco tipos de base nitrogenada presentes nos ácidos nucléicos, três 
ocorrem tanto no DNA quanto no RNA: adenina (A), citosina (C) e guanina (G). A base nitrogenada timina 
(T) ocorre exclusivamente no DNA, e a base uracila (U) ocorre exclusivamente no RNA. 
 
 
 
 
 
 
 As moléculas de DNA são constituídas por duas cadeias polinucleotídicas enroladas uma sobre a 
outra, formando uma escada helicoidal. As cadeias mantêm-se unidas por pontes de hidrogênio entre os 
pares de bases específicos: adenina emparelha-se com timina e a guanina emparelha-se com citosina. 
 As moléculas de RNA são formadas por uma única cadeia, que se enrola sobre si mesma pelo 
emparelhamento de bases complementares na mesma cadeia polinucleotídica. Alguns vírus, como o do 
mosaico do tabaco, possuem dupla fita de RNA. 
 
 DNA RNA