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* * COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA Prof. Marcelo Nogueira * * Introdução Uma das evidências da evolução biológica e da ancestralidade é que todas as formas de vida possuem composição química semelhante; Essa composição química se divide em dois grandes grupos; Substâncias inorgânicas e as substâncias orgânicas. * * Introdução * * Introdução As substâncias orgânicas são formadas por cadeias carbônicas com diferentes funções orgânicas; Dos elementos químicos da natureza 4 são encontrados com maior frequência na composição dos seres vivos; Carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio; Além desses, outros são biologicamente importantes, Na, K, Ca, P, S, dentre outros. * * Introdução * * Introdução Existem inúmeras maneiras desse elementos se combinarem formando substâncias orgânicas e inorgânicas; Porém alguns tipos de substâncias existem em maior quantidade nos seres vivos. * * Introdução * * Água A vida na Terra começou na água e ainda hoje, a ela se associa; As propriedades que a tornam fundamental aos seres vivos se relacionam com sua estrutura molecular; Constituída por dois átomos de hidrogênios ligados a um de oxigênio por ligações covalentes. * * Água É considerado o componente químico mais abundante da matéria viva; A água atua como solvente universal; Essa característica é de fundamental importância para os seres vivos; As reações químicas de natureza biológica ocorrem em soluções. * * Água A água é também um importante veículo para o transporte de substâncias; Permite o contínuo intercâmbio de íons e de moléculas entre o LEC e o LIC; Nos seres vivos a evaporação da água contribui para a manutenção da temperatura corpórea; Em níveis compatíveis com a vida. * * Água Nas articulações ósseas a água exerce papel lubrificante; Contribui para diminuir o atrito entre os ossos; Nas reações de hidrólise participa como reagente indispensável na transformação de grandes moléculas orgânicas em moléculas menores. * * Água Na fotossíntese e na respiração celular são indispensáveis; No homem representa cerca de 65% de sua massa corpórea; A proporção varia de espécie para espécie e varia conforme a idade, sexo e de um tecido para o outro. * * Água Nos celenterados chega a representar 95% de todo o peso corporal; Perdas maiores que 15% da massa de água caracterizam a desidratação; Pode ter consequências graves pela diminuição do volume de líquido circulante. * * Água * * Água em alimentos * * Principais funções da água Solvente de líquidos corpóreos; Meio de transporte de íons e moléculas; Regulação térmica; Ação lubrificante; Atuação nas reações de hidrólise; Matéria prima para a realização da fotossíntese. * * Sais minerais Como a célula é um meio aquoso, não se encontram sais minerais, mas íons orgânicos; Alguns são encontrados em TODOS os seres vivos; Cátions: sódio, potássio, magnésio, cálcio, ferro, manganês, cobalto, cobre e zinco; Ânions: cloreto, bicarbonato, fosfato, sulfato e nitrato. * * Sais minerais Algumas ações são exercidas especificamente por alguns íons; Cálcio: participa da estrutura das membranas, dos cromossomos, esqueleto dos vertebrados, contração muscular e coagulação do sangue; Ferro: faz parte das moléculas dos citocromos, componente da respiração celular, da hemoglobina. * * Sais minerais Magnésio: encontrado na molécula de clorofila; Zinco, cobre e cobalto atuam como coenzimas em alguns processos; Sódio e potássio são os principais envolvidos na transmissão de impulsos nervosos; Fosfato: importante componente da estrutura do ATP e dos nucleotídeos de DNA e RNA. * * Sais minerais Iodo: faz parte da estrutura dos hormônios (tiroxinas) secretado pela tireóide dos vertebrados; De um modo geral os sis na forma iônica atuam no metabolismo; Na forma molecular estão presentes em estruturas esqueléticas, como carapaças, conchas, ossos, chifres; Onde são comuns o carbonato de cálcio e o fosfato de cálcio. * * Sais minerais * * Componentes orgânicos Moléculas de maior tamanho; Maior complexidade; Moléculas ricas em energia; Altamente versáteis; Carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos. * * Carboidratos Açúcares, glicídios, sacarídios ou hidratos de carbono; São moléculas compostas principalmente por carbono, hidrogênio e oxigênio; Os carboidratos mais simples são os monossacarídios. * * Carboidratos Apresentam fórmula geral (CH2O)n; O valor de n pode variar de 3 a 7 conforme o tipo de monossacarídeo; O nome do açúcar é dado de acordo com o número de átomos de carbono seguido da terminação OSE; São monossacarídeos importantes a glicose, frutose, galactose, ribose e desoxirribose. * * Carboidratos * * Carboidratos A junção de dois monossacarídeos dá origem a um dissacarídeo, ex sacarose; Muitos monossacarídeos ligados formam um polissacarídeo, ex amido, celulose, quitina; Os carboidratos são a fonte primária de açúcar para as atividades celulares; As plantas produzem seus próprios carboidratos e os animais incorporam-nos pela nutrição. * * Carboidratos Possuem funções energéticas e estrutural; Primeira e principal substância a ser convertida em energia calorífica nas células na forma de ATP; Nas plantas o carboidrato é armazenado como amido nos amiloplastos; Nos animais é armazenado no fígado e nos músculos como glicogênio. * * Carboidratos Determinados carboidratos determinam rigidez, consistência e elasticidade a algumas células; Pectina, hemicelulose e celulose compõe a parede celular dos vegetais; A quitina forma o exoesqueleto dos artrópodes; Os ácidos nucleicos apresentam carboidratos como ribose e desoxirribose; Entram na constituição de determinadas estruturas celulares funcionando como reforço ou como elemento de revestimento. * * Lipídios A principal propriedade desse grupo é serem insolúveis em água; São formados por carbono, hidrogênio e oxigênio em proporções diferentes dos carboidratos; Fazem parte desse grupo as gorduras, os óleos, as ceras e os esteróides. * * Lipídios As gorduras e os óleos formam o grupo dos triglicerídios; Por hidrólise ambos liberam um álcool chamado glicerol e 3 “moléculas” de ácidos graxos; O ácido graxo pode ser saturado ou insaturado; Um lipídio é chamado de gordura quando está no estado sólido a temperatura ambiente. * * Lipídios Quando se encontra no estado líquido a temperatura ambiente é chamado de óleo; As ceras são duras a temperatura ambiente e macias quando aquecidas; Os esteroides são lipídios de cadeia complexa; Colesterol e alguns hormônios (testosterona e estrogênio). * * Funções dos lipídios Constituintes da membrana plasmática e de todas as membranas internas da célula; Fornecem energia quando oxidados pelo oxigênio, são normalmente usados como reserva energética; Fazem parte da estrutura de algumas vitaminas A, D, E e K; Originam alguns hormônios. * * Proteínas São os principais constituintes da célula; Possuem três papéis fundamentais; Estruturam a matéria viva formando as fibras dos tecidos; Aceleram as reações químicas celulares – catálise; Funcionam como elementos de defesa – anticorpos. * * Proteínas São macromoléculas orgânicas formadas pela união de aminoácidos; Os aa são as unidades que constituem as proteínas; Monômeros e polímeros; Qualquer aa contém um grupo carboxila e um grupo amina. * * Proteínas * * Proteínas A ligação química entre dois aa chama-se ligação peptídica; Acontece sempre entre o C do radical ácido e o N do radical amina; Quando a ligação ocorre entre dois aa chama-se dipeptídio. * * Proteínas * * Proteínas Quando ocorre com três aa chama-se tripeptídio; Acima de quatro é chamada de polipeptídio; As proteínas são sempre polipeptídios, costumam ter acima de 80 aa; Existem vários tipos diferentes de aa que fazem parte das proteínas, um mesmo aa pode aparecer várias vezes na mesma molécula. * * Proteínas * * Proteínas Parte desses aa são essenciais e necessitam ser obtidos na alimentação; A partir dos quais o organismo pode sintetizar todos os demais, aa naturais; O que diferencia um aa do outro é o radical R; * * Proteínas * * Proteínas Se o número de aa que forma determinada molécula for superior a 80, será convencionalmente chamada de proteína; Apesar de existir apenas 20 aa, o número de proteínas possível é praticamente infinito; As proteínas se diferem entre si por três pontos essenciais. * * Proteínas Quantidade de aa na molécula; Os tipos de aa; Sequências de aa na molécula; Duas proteínas podem ter os mesmos aa, na mesma quantidade, porém se a sequência for diferente as proteínas também serão diferentes. * * Proteínas A sequência de aa na cadeia polipeptídica é o que chamamos de estrutura primária da proteína; Se a estrutura primária da proteína for mudada, a proteína consequentemente também o será; A estrutura primária é importante para a forma espacial da proteína. * * Proteínas * * Proteínas O fio proteico (estrutura primária) não fia esticado mas sim enrolado como um fio de telefone; Helicoidal; Devido a projeção espacial da ligação peptídica; Essa forma é chamada de estrutura secundária das proteínas. * * Proteínas * * Proteínas Em muitas proteínas a própria hélice sofre dobramentos sobre si mesma; Adquire forma globosa e é chamada de estrutura terciária; É a estrutura terciária que determina a função biologicamente ativa; Fazendo a proteína trabalhar como enzima, anticorpo, catalisador, etc. * * Proteínas * * Proteínas Vários fatores podem alterar a estrutura espacial de uma proteína sem alterar a sua estrutura primária; Temperatura, grau de acidez, concentração de sais; Esse fenômeno é chamado de desnaturação. * * Proteínas Uma das funções das proteínas é a função estrutural; Fazem parte da arquitetura de células e tecidos do organismo; Colágeno, queratina, actina e miosina, albumina e hemoglobina. * * Proteínas Atuam como catalisadoras de reações químicas que ocorrem nas células – são as enzimas; A maior parte das informações contidas no DNA é referente a síntese de enzimas; Cada reação que ocorre na célula necessita de uma enzima específica; Uma mesma enzima não catalisa duas reações diferentes. * * Proteínas A especificidade das enzimas é explicada pelo modelo da chave (reagente) e fechadura (enzima); A forma espacial da enzima deve ser complementar à forma espacial dos reagentes (substratos); As enzimas não são descartáveis, uma enzima pode ser usada diversas vezes; A desnaturação de uma enzima implica na sua inatividade; Perdendo sua forma espacial ela não consegue mais se encaixar ao seu substrato específico. * * Ácidos nucleicos Formado por um grande polímero de moléculas individuais chamadas de nucleotídeos; Cada nucleotídeo é formado por três partes; Uma base nitrogenada, que pode ser uma purina (A e G) ou uma pirimidina (C e T/U); Uma pentose, açúcar que pode ser de dois tipos; Um grupo fosfato. * * Nucleotídeo * * Ácidos nucleicos O conjunto de base nitrogenada + açúcar denomina-se nucleosídeo; O conjunto de base nitrogenada + açúcar + grupo fosfato denomina-se nucleotídeo; Dos seus três componentes apenas o radical fosfato não varia no nucleotídeo; Os açúcares e as bases nitrogenadas são variáveis. * * Ácidos nucleicos Quando a pentose for a desoxirribose o nucleotídeo forma uma molécula de DNA; Quando a pentose for a ribose, o nucleotídeo forma uma molécula de RNA; A desoxirribose se diferencia da ribose por possuir um átomo de oxigênio a menos. * * Ácidos nucleicos * * Ácidos nucleicos * * Ácidos nucleicos * * Ácidos nucleicos Os nucleotídeos sucessivos são ligados por ligações covalentes fosfodiéster; Um grupo fosfato liga o carbono 3’ de um açúcar ao carbono 5’ do açúcar vizinho. * * Ácidos nucleicos O RNA está presente no citoplasma e em altas concentrações no nucléolo do núcleo; O DNA é encontrado principalmente nos cromossomos e em mitocôndrias e cloroplastos; Watson e Crick sugeriram que a molécula de DNA era composta de duas cadeias de nucleotídeos; Dispostas em espiral, formando uma dupla hélice * * Ácidos nucleicos * * Ácidos nucleicos Cada cadeia de DNA tem sua polaridade determinada pela orientação da ligação açúcar-fosfato; A extremidade da cadeia terminada pelo carbono 5’ é chamada de extremidade 5’; A terminada com carbono 3’ é chamada extremidade 3’. * * Ácidos nucleicos O final 5’ de uma cadeia é oposta ao final 3’ da outra; Elas possuem orientação opostas, são ditas antiparalelas; As duas moléculas de DNA que formam a dupla hélice são unidas por fracas pontes de hidrogênio. * * Ácidos nucleicos Essas ligações ocorrem entre as bases nitrogenadas opostas formando pares de bases nitrogenadas; Purina sempre pareia com pirimidina; A – T; C – G. * * Ácidos nucleicos A composição das bases de DNA não é randomizada; A quantidade de adenina é igual a de timina, e a quantidade de guanina é igual a de citosina; É comum descrever a sequencia de DNA pela sequência de bases de uma das cadeias na direção 5’ –3’; Direção da síntese de uma nova molécula de DNA durante sua replicação. * * Ácidos nucleicos O RNA constitui-se de moléculas simples de ácido ribonucleico; Fita simples, que pode ser classificada em três grupos; RNAr, RNAm e RNAt. * * RNA Existem três tipos de RNA que participam da síntese de proteínas; RNA ribossômico (RNAr), RNA transportador (RNAt) e RNA mensageiro (RNAm); Vão se diferir no tamanho, na função e em modificações estruturais especiais. * * RNAm Compreende cerca de 5% do RNA da célula; RNA mais heterogêneo com relação ao tamanho; O RNAm transporta a informação genética do DNA ao citosol onde é usado como molde para sintese de proteínas; Possui uma longa sequência de nucleotídeos A na extremidade 3’ (cauda poli-A) e na extremidade 5’ (cap 5’). * * RNAm * * RNAt É a menor das três principais moléculas de RNA; Existe um tipo específico de RNAt para cada uma dos 20 aa encontrados nas proteínas; Constituem 15% do RNA da célula; Possuem bases nitrogenadas intracadeia, o que lhes confere a forma de um trevo. * * RNAt * * RNAt Cada RNAt serve como um adaptador que transporta seu aa ao sítio de síntese de proteínas; O RNAt reconhece o códon que especifica a adição de seu aa à cadeia peptídica em formação. * * RNAr RNA mais abundante da célula, corresponde a 80% do RNA total; Existe combinado com proteínas formando partículas facilmente visíveis, chamados de ribossomos; Quando os ribossomos estão presos a filamentos de RNAm, são chamados de polirribossomos; Onde ocorre a síntese de proteínas. * * RNAr Os ribossomos são formados por duas subunidades, uma maior e outra menor; As subunidades se prendem de moro reversível durante a síntese protéica; Os ribossomos de mitocôndrias e cloroplastos são idênticos aos das células procariotas. * * RNAr * * Questões propostas * * Questões propostas * * Surpresa AVALIAÇÃO DE BIOLOGIA CELULAR Células procarióticas e eucarióticas Água e sais minerais Carboidratos, lipídios, proteínas Ácidos nucleicos Junqueira e Carneiro: Capts. 01; 03 Engenharia de alimentos: 02/04/2014 Agronomia: 03/04/2014 Ciências Biológicas: 04/04/2014
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