Cap 3. Composição química da célula (1) (2)

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4. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA. 
Apesar da diversidade de átomos encontrada na natureza, os átomos que 
compõem os seres vivos são principalmente os de carbono, hidrogênio, oxigênio e 
nitrogênio; representando cerca de 99% da massa celular. Estes átomos, combinados 
entre si e com outros que ocorrem em menor quantidade, formam uma grande variedade 
de moléculas. As macromoléculas presentes na matéria viva são moléculas de alto peso 
e polímeros, constituídos pela repetição de unidades menores, chamadas monômeros. 
Polímeros formados por monômeros semelhantes são chamados de homopolímeros. Os 
heteropolímeros são constituídos por monômeros diferentes. 
A célula é formada principalmente pela molécula de água, a qual, juntamente 
com os sais minerais, são os compostos inorgânicos presentes nas células. Além disso, 
na célula estão presentes os compostos orgânicos (macromoléculas), como os 
carboidratos, lipídeos, proteínas e ácidos nucleicos. Se considerarmos uma célula 
eucarionte de mamífero, o percentual de cada uma dessas moléculas seria: 
 
Como podemos observar, a água corresponde a 70% da massa da célula, seguida 
das proteínas (18%), lipídios (5%), carboidratos (2%), ácidos nucleicos (RNA e DNA, 
1%) e íons inorgânicos (sais minerais, 1%). As células procariontes exibem composição 
semelhante. 
Como as propriedades destas moléculas e a interação entre elas são 
determinantes das características e funcionamento da célula, a seguir faremos uma breve 
descrição das mesmas. 
4.1. Água 
A água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, unidos estre 
si por ligações covalentes. Esta molécula é eletricamente assimétrica, é um dipolo: 
negativa em oxigênio e positiva em hidrogênio. 
 
Devido a esta polaridade, a água pode formar pontes de hidrogênio com outras 
moléculas de água ou com outras moléculas polares, assim como interagir com íons 
carregados, pois interage tanto com íons positivos (cátions) os quais são atraídos pelo 
oxigênio (negativo), como com íons negativos (ânions) os quais são atraídos pelos 
átomos de hidrogênio (positivos). Por exemplo, o sal de cozinha (NaCl) dissolve-se em 
água porque, apesar da atração eletrostática entre o Cl
-
 o Na
+
 do cristal, cada um destes 
íons é atraído de modo mais forte pelo dipolo da água, causando a dissociação do 
cristal. 
 
Por esta natureza dipolar, a água é um dos melhores solventes conhecidos sendo 
que, de acordo com a solubilidade das moléculas em água, podemos classificá-las em 
polares, apolares e anfipáticas (ou anfifílicas). 
Compostos polares: formam pontes de hidrogênio com a água, desta forma podem ser 
dissolvidos nela, ou seja, são hidrofílicos (possuem afinidade com a água). Podemos 
citar como exemplo os açúcares, o DNA e o RNA e a maioria das proteínas. 
Compostos apolares: não se dissolvem em água (hidrofóbicos), pois formam pouca 
ou nenhuma ligação de hidrogênio com a água. Os hidrocarbonetos (presente nos 
lipídios) podem ser citados como exemplo deste tipo de molécula. 
Compostos anfipáticos: contêm uma região hidrofílica e outra hidrofóbica, como, por 
exemplo, os fosfolipídios de membrana. Estes fosfolipídios se arranjam em duas 
camadas, sendo intercalados por outros lipídios e por proteínas, formando uma 
bicamada. Os fosfolipídios contém uma cabeça polar, a qual interage com o meio 
extracelular (fosfolipídios da camada externa) ou com o meio intracelular (fosfolipídios 
da membrana interna); e uma cauda apolar, a qual interage, através de interações 
hidrofóbicas, com as caudas apolares dos fosfolipídios da outra camada da membrana. 
Veja na figura abaixo a organização dos fosfolipídios na membrana: 
 
 4.2. Proteínas 
As unidades (monômeros) que constituem as proteínas são os aminoácidos. Os 
aminoácidos interligam-se entre si através de ligações peptídicas (veremos mais adiante 
como estas ligações são formadas). O arranjo de vários aminoácidos formam as cadeias 
polipeptídicas e, ao atingirem um determinada dimensão (6 KDa ou 50 aminoácidos), 
recebem o nome de proteína. 
A estrutura geral dos aminoácidos consiste de um grupo carboxila (COOH) e 
um grupo amino (NH2), ligados ao carbono alfa. Além disso, o carbono alfa também 
encontra-se ligado a um átomo de hidrogênio e à uma cadeia lateral (R), que é diferente 
em cada aminoácido. 
 
Os 20 aminoácidos existentes diferem entre si somente na cadeia lateral. 
Somente a prolina que possui um grupo imino (NH) ao invés de um grupo amino (NH2), 
desta forma ela é um iminoácido, mas, por possuir propriedades semelhantes, inclui-se 
entre os aminoácidos. 
 
A união de aminoácidos para formar uma molécula proteica ocorre entre os 
grupos amino de um aminoácido e carboxílico de outro aminoácido, com a liberação de 
uma molécula de H2O. Esta ligação entre os aminoácidos ocorre nos ribossomos durante 
o processo de tradução (síntese de proteínas), que será discutido posteriormente. 
 
 
A) Níveis da estrutura proteica 
 - Estrutura primária 
É a sequência linear dos aminoácidos que formam uma cadeia unida por ligações 
peptídicas. 
 
- Estrutura secundária 
É a interação (pontes de hidrogênio) entre os aminoácidos que estão próximos na 
cadeia polipeptídica, fazendo com que a proteína se “dobre” ou se “enrole”. Este arranjo 
poderá ser feito em forma de uma α-hélice, modelo onde a cadeia está enrolada em 
torno de um cilindro imaginário e estabilizada por pontes de hidrogênio entre o grupo 
amino situado quatro resíduos a frente, na mesma cadeia. Este arranjo também pode ser 
feito em forma de folha β-pregueada, onde os aminoácidos assumem uma configuração 
de uma folha de papel, uma vez que a molécula dobra-se em um vai-e-vem, estabilizada 
por pontes de hidrogênio entre grupos amino e carboxila de cadeias diferentes, podendo 
ser comparada ao dobramento de um metro de carpinteiro (figura abaixo). 
 
- Estrutura terciária 
É a forma espacial pela qual as estruturas secundárias irão, mais uma vez, 
dobrarem e associarem-se, de forma a constituir um novelo ou uma fibra. Ela se forma 
devido às interações entre os aminoácidos distanciados da cadeia e que se aproximam 
por causa da estrutura secundária, interagindo de acordo com os seus grupos R (cadeias 
laterais). É uma estrutura altamente compactada e enovelada. 
 
 - Estrutura quaternária 
Ocorre em proteínas compostas por mais de uma cadeia polipeptídica 
(subunidades). A molécula da hemoglobina é um exemplo de proteína com estrutura 
quaternária, composta por quatro cadeias polipeptídicas, duas delas denominadas α 
(alfa) e duas β (beta). Outros exemplos podem ser citados, como o das tubulinas (a e β) 
do citoesqueleto e os anticorpos, sempre formados por duas cadeias pequenas e duas 
grandes, com um número imenso de combinações entre elas. 
 
A estrutura terciária e quaternária, quando for o caso, constituem a forma ativa 
da proteína, ou seja, o formato que ela deve apresentar para desempenhar sua função. 
Fatores externos podem alterar provisoriamente, ou de forma definitiva, a estrutura 
terciária, ou quaternária das proteínas: são os agentes desnaturantes. Desnaturação de 
uma proteína é, portanto, uma perda de sua atividade uma vez que sua forma ativa foi 
alterada. 
Observe na figura abaixo um resumo sobre os diferentes níveis estruturais das 
proteínas: 
 
B) Função das proteínas 
 Função estrutural: 
- Componente de membranas celulares: as proteínas encontram-se na membrana 
plasmática e também nas membranas que envolvem as organelas e o núcleo. Nestes 
locais, ainda podem funcionar como canais que permitem a passagem de moléculas 
específicas ou como receptores. 
 
- Citoesqueleto: O citoesqueleto é formadopor proteínas que auxiliam na manutenção 
da forma da célula, transporte intracelular de organelas e vesículas e movimentos 
celulares. Exemplos: actina (microfilamentos), tubulina (microtúbulos), queratina 
(filamentos intermediários de células epiteliais), etc. 
 
- Componente de matriz extracelular: A matriz extracelular de células animais possui 
uma variedade de proteínas, como o colágeno e a elastina. 
 
Função hormonal: 
Alguns hormônios são proteínas. Exemplo: Insulina. 
 
Regulação da expressão de genes: 
Os fatores de transcrição são proteínas que são ativadas quando recebem algum 
estímulo, e possuem a função de modular a expressão de genes específicos na célula. 
 Defesa (sistema imunológico): 
Os anticorpos, secretados por células de defesa do organismo, são glicoproteínas 
(ou seja, proteínas associadas a um carboidrato – açúcar). 
 
Transporte de substâncias: 
Por exemplo: a hemoglobina, presente nos eritrócitos, realiza o transporte do 
O2 no sangue. 
Contração muscular: 
Interações das proteínas actina e miosina na célula muscular promovem a 
contração do músculo. 
 
Enzimas: 
Um grupo de proteínas que merece atenção especial são as enzimas. As enzimas 
são proteínas que possuem atividade catalítica, ou seja, aceleram as reações 
metabólicas. Estas proteínas possuem uma ou mais regiões denominadas sítios ativos, o 
qual é o local de ligação ao substrato (substância sobre a qual a enzima atua). O 
substrato é quimicamente modificado e convertido em um ou mais produtos. Esta 
reação é, em geral, reversível e pode ser representada da seguinte maneira: 
E + S ↔ [ES] ↔ E + P 
 Onde: 
E: enzima 
S: substrato 
[ES]: complexo enzima-substrato intermediário 
P: produto 
 As enzimas aceleram a reação até alcançarem um equilíbrio e são utilizadas 
inúmeras vezes em uma reação por não se alterarem e não serem consumidas durante o 
processo. 
As enzimas têm uma extraordinária força catalítica, com alto grau de 
especificidade por seus substratos, acelerando as reações químicas através da 
diminuição da energia de ativação, funcionando em soluções aquosas diluídas em 
condições específicas de temperatura e pH. Podem ser tão eficientes de modo a 
desenvolverem uma velocidade de reação de 10
8 
a 10
11
 vezes mais rápida que nas 
reações não catalisadas. 
 
4.3. Carboidratos 
Possuem a fórmula geral (CH2O)n. São também conhecidos como glicídios ou 
sacarídios. Dentre as funções dos carboidratos, podemos citar o fornecimento de 
energia, por exemplo, a glicose, a qual é metabolizada para ser convertida em energia 
utilizável pela célula. Os carboidratos da dieta são quebrados a moléculas menores por 
enzimas digestivas, até a menor molécula de carboidrato possível, que são os 
monossacarídeos, como a glicose. A glicose é captada pelas células epiteliais intestinais 
e é distribuída ao restante do organismo, para que seja armazenada ou utilizada pelas 
células. No interior das células, a glicose passa por uma série de transformações, para 
que desta forma seja convertida a energia utilizável. 
A glicose ainda sinaliza as células β do pâncreas a secretarem insulina, quando 
as concentrações deste sacarídeo no sangue aumentam (como no período após a 
alimentação). Desta forma, as células que são responsivas à insulina começam a 
expressar receptores para a glicose em suas membranas, permitindo que a glicose entre 
na célula, para assim ser convertida em energia. 
Os carboidratos também são componentes de membrana celular; conjugados 
com lipídios (glicolipídios), ou com proteínas (glicoproteínas), formam uma camada 
contínua com a membrana plasmática das células animais (o glicocálice). 
 
Os carboidratos ainda possuem função estrutural, conferindo certa rigidez, 
consistência e elasticidade, por exemplo, na parede celular dos vegetais, a qual é 
formada principalmente pelos carboidratos pectina, hemicelulose e celulose. A quitina, 
que forma o exoesqueleto em artrópodes e a parede celular de fungos, também é um 
carboidrato com função estrutural. 
 
Os sacarídios podem ser divididos em mossacarídios, oligossacarídios e 
polissacarídios. 
 Monossacarídeos: 
Os monossacarídeos são os sacarídeos mais simples, e são classificados de 
acordo com o número de átomos de carbono: trioses (3 carbonos), tetroses (4 carbonos), 
pentoses (5 carbonos), hexoses (6 carbonos), heptoses (7 carbonos) e octoses (8 
carbonos). As hexoses são os monossacarídeos mais abundantes na natureza e entre elas 
estão a D-glicose e D-frutose. Também deve ser evidenciada a importância das pentoses 
D-ribose e 2-desoxi-D-ribose, componentes dos nucleotídeos (monômeros dos ácidos 
nucléicos). Os monossacarídeos são as menores unidades dos carboidratos. 
 
Oligossacarídeos: 
São polímeros de monossacarídeos, contendo de 2 a 12 moléculas. Um exemplo 
são os dissacarídeos, a qual é a união de dois monossacarídeos, como, por exemplo, 
sacarose (glicose + frutose), maltose (glicose + glicose), lactose (galactose + glicose). 
Esta união dos monossacarídeos, formando os oligossacarídeos e também os 
polissacarídeos, dá-se através de uma ligação denominada glicosídica. 
 
Polissacarídeos: 
São moléculas de alto peso molecular, constituídos por muitas unidades de 
monossacarídeos. Possuem funções de reserva de monossacarídeos ou elementos 
estruturais como nas paredes celulares dos vegetais. Diferenciam-se entre si pelo tipo de 
monossacarídeo constituinte, seu número na cadeia, seu grau de ramificação e o tipo de 
ligação glicosídica. O amido, o glicogênio e a celulose são exemplos de polissacarídeos. 
O glicogênio é a forma armazenamento de glicose em células animais. As células que 
realizam este armazenamento são os hepatócitos (células do fígado) e as células 
musculares esqueléticas. O glicogênio consiste de um polímero grande e ramificado de 
radicais de glicose. 
 
O amido é a forma de armazenamento de glicose nas células vegetais. Ele é composto 
por amilose (20 - 25%) e de amilopectina (75 - 80%). A amilose é uma molécula linear 
composta de glicoses. A amilopectina é ramificada. 
 
Já a celulose, presente na parede celular de células vegetais, é formada por 
cadeias lineares de unidades de glicose. Ao contrário do glicogênio e do amido, a 
celulose possui função estrutural e não nutricional. Devido a sua estrutura, apresenta 
alto grau cristalino e é insolúvel em água, o que faz com que seja uma importante 
molécula estrutural. Para formar as paredes celulares, as moléculas de celulose se 
reúnem formando diferentes microfibrilas. 
 
 4.4. Lipídeos 
São compostos que se caracterizam por baixa solubilidade em água e alta 
solubilidade em solventes orgânicos. Esta característica se deve ao predomínio de 
longas cadeias abertas hidrocarbonadas ou de anéis benzênicos, que são estruturas 
apolares ou hidrofóbicas. No entanto, muitos lipídios são compostos anfipáticos. 
Os lipídios de importância biológica podem ser agrupados em três categorias: 
 -Lipídeos de função estrutural: 
São os lipídios presentes nas membranas, como os fosfolipídeos, glicolipídeos 
(carboidrato + lipídio) e colesterol (animais) ou fitoesteróis (vegetais). 
 
-Lipídeos de reserva nutritiva: 
Triacilgliceróis, formados por três ácidos graxos conjugados a uma molécula de 
glicerol. Eles estão presentes no citoplasma de quase todas as células, no entanto, há 
células especializadas para o armazenamento de triacilgiceróis em animais, os 
adipócitos (células do tecido adiposo). Os triacilgliceróis podem ser utilizados para a 
geração de energia para a célula. 
 
 
Os trialcilgliceróis com muitos ácidos graxos saturados são as gorduras 
(predominamem animais), enquanto que os triacilgliceróis com ácidos graxos 
insaturados são os óleos (predominam em vegetais – óleos vegetais). A insaturação 
(ligação dupla) faz com que haja uma “dobra” na molécula (ver figura abaixo, que 
representa um ácido graxo). Esta “dobra” impede a ordenação das moléculas para 
constituir o estado sólido, desta forma, os triacilgliceróis com insaturações são líquidos 
à temperatura ambiente. 
 
Os triacilgliceróis também são bons isolantes térmicos, oferecendo proteção 
contra o frio para animais que vivem em ambientes em que a temperatura é baixa, como 
os ursos polares e os pinguins. Nesses animais, há uma camada de tecido adiposo sob a 
pele, que funciona como um eficiente isolante térmico. 
 
 - Lipídeos de função informacional: 
Hormônios esteroides. Exemplos: brassinosteróides, nos vegetais, um regulador 
do crescimento da planta; testosterona, produzido principalmente pelos testículos em 
mamíferos do sexo masculino, responsável pelo desenvolvimento e manutenção das 
características masculinas. 
 
4.5. Ácidos Nucléicos 
Os ácidos nucleicos são macromoléculas que ocorrem em todos os organismos 
vivos sob a forma de ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). 
Desde a década de 40 sabe-se que, apesar da simplicidade química, o DNA constitui a 
substância formadora dos genes. Uma molécula de DNA é um polinucleotídeo longo, 
não ramificado, no qual está codificada a informação genética a qual é transcrita nas 
moléculas de RNA, que pode ser de três tipos: mensageiro, transportador e ribossômico. 
O monômero dos ácidos nucleicos é o nucleotídeo, o qual é formado por um 
açúcar (pentose), uma base nitrogenada (uma purina ou uma pirimidina) e ácido 
fosfórico. As pentoses são de dois tipos: a ribose, presente no RNA, e a desoxirribose, 
presente no DNA. As bases nitrogenadas constituintes dos ácidos nucléicos são: as 
pirimidinas - timina (T) e citosina (C) e as purinas - adenina (A) e guanina (G). O RNA 
contém uracila (U) em lugar da timina. 
 
 
 
Quando nos referimos à nucleosídeo, nos referimos a uma combinação de uma 
base com uma pentose (ou seja, não possui o grupo fosfato que constitui o nucleotídeo). 
A adenosina monofosfato (AMP), a adenosina difosfato (ADP) e a adenosina trifosfato 
(ATP), esta última, molécula fornecedora de energia para as reações químicas celulares, 
são nucleotídeos. 
Os nucleotídeos se encontram unidos através de “pontes” ou uniões 
“fosfodiéster”. Essas pontes ligam o carbono 3’ da pentose de um nucleotídeo ao 
carbono 5’ da pentose do nucleotídeo adjacente (figura abaixo). A união entre estes 
nucleotídeos formam os ácidos nucleicos. 
 
Desta forma, os nucleotídeos são as unidades que formam os ácidos nucleicos 
(DNA e RNA). Observe a figura e a tabela abaixo, e verifique quais as diferenças entre 
estes dois ácidos nucleicos. 
 
 
O DNA é formado de duas cadeias de polinucleotídeos helicoidais (dupla 
hélice). As duas cadeias são antiparalelas, isto é, suas ligações 3’, 5’ estão em direções 
opostas. A união entre as cadeias é feita por pontes de hidrogênio entre os pares de 
bases, sendo duas pontes entre A (adenina) e T (timina) e três pontes entre G (guanina) 
e C (citosina). A sequência de bases ao longo da cadeia de polinucleotídeos varia, no 
entanto, a sequência de uma cadeia é sempre complementar à da outra. As pontes de 
hidrogênio e as interações hidrofóbicas entre as bases são importantes para a 
manutenção da estrutura helicoidal dupla. O açúcar presente na molécula de DNA é o 
ácido desoxirribonucleico. 
 
Como foi observado através do desenho comparativo e da tabela, o RNA tem 
estrutura similar à do DNA, exceto pela substituição do açúcar desoxirribose pela ribose 
e do nucleotídeo timina por uracila e pelo fato de ser formado por uma cadeia única. O 
RNA é formado a partir da fita molde de DNA (fita 3’, 5’) e, por complementaridade, é 
produzida uma molécula de RNA. As moléculas de RNA são relativamente curtas, uma 
vez que são copiadas de uma região determinada do DNA – o gene. A quantidade de 
RNA transcrita é controlada por proteínas reguladoras e depende das necessidades 
metabólicas daquele momento na célula. 
Existem três classes de RNA: 
1) RNA mensageiro (mRNA): determina a posição dos aminoácidos nas proteínas, 
através da sequência de sua bases. 
 
2) RNA transportador (tRNA): transporta os aminoácidos do citosol até o ribossomo, 
onde a proteína é transcrita (sintetizada). Entre extensas regiões de uma mesma 
molécula, pode ocorrer o pareamento entre A-U e G-C através de pontes de hidrogênio, 
provocando seu dobramento. Este pareamento tem importantes consequências 
biológicas. No caso da molécula de tRNA, esse dobramento é importante na sua função 
como adaptador na síntese proteica, isto é, ele reconhece tanto o aminoácido como a 
sequência de três nucleotídeos (códon) do mRNA. 
Viviane Glaser
Realce
 
3) RNA ribossômico (rRNA): RNA presente nos ribossomos ( o qual é formado por 
rRNA + proteínas). Uma molécula de rRNA do ribossomo catalisa a formação de 
ligações peptídicas durante a síntese de proteína.