Biologia Celular 2

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Biologia Celular / Aula 2 - Bases químicas da constituição celular 
· Introdução
Na aula anterior, vimos que os seres vivos são formados por células, mas essa não é a menor parte de nosso organismo.
As células também são compostas de moléculas, que, por sua vez, constituem-se pela combinação de algo ainda menor: os elementos químicos.
Nesta aula, vamos aprender um pouco mais sobre esse universo subcelular a partir do estudo de seus componentes.
Aqui, vamos entender a importância das moléculas não só para o funcionamento celular mas também para o equilíbrio de todo o organismo.
Vamos lá?
· Objetivos
Reconhecer a célula como um sistema químico (devido à combinação de diferentes elementos químicos) – aquela sujeita às mesmas leis regentes da matéria;
Determinar o papel da água na constituição da célula e do organismo;
Identificar as biomoléculas orgânicas mais importantes formadoras da estrutura celular e participantes da fisiologia do organismo.
· Créditos
Flávia Oliveira
Redatora
Daniele Pires
Designer Instrucional
Rafael Moraes
Web Designer
Rostan Silva
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· Objetivos
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Elementos químicos e matéria
Vamos começar esta aula com o estudo do conceito de matéria.
Matéria é tudo o que compõe o universo: um planeta, uma estrela, uma rocha, o ar, um ser vivo.
E do que é feita a matéria?
É sobre isso que vamos discutir a partir de agora...
A matéria – seja ela o que for – é formada por elementos químicos, que se combinam das mais diferentes maneiras. Sendo assim, podemos dizer que todo corpo (matéria) é um sistema químico e, por isso, está sujeito às mesmas leis químicas e físicas.
Por exemplo, a água do mar está sujeita às mesmas leis físicas que a água de nosso organismo. Se ela entra em ebulição quando submetida a altas temperaturas no mar, também entrará em nosso organismo.
Fonte: Nickolay Vinokurov | Shutterstock
Diversos elementos químicos já foram identificados como parte da matéria, e muitos deles estão presentes, também, na composição da célula e do organismo.
À medida que são descobertos por cientistas e químicos, esses elementos ganham um nome, uma sigla, são catalogados e passam a fazer parte da Tabela Periódica apresentada a seguir:
Alguns são bastante conhecidos, como o:
• Carbono (C);
• Cálcio (Ca);
• Fósforo (P);
• Sódio (Na);
• Potássio (K);
• Oxigênio (O);
• Hidrogênio (H);
• Ferro (Fe) etc.
Na Tabela Periódica, todos os elementos que compõem a matéria são organizados de acordo com suas características físico-químicas – como seu peso atômico, por exemplo. Eles são a denominação de uma partícula que chamamos de átomo.
Os átomos são considerados a menor parte da matéria e são formados por:
Aqui, observamos o átomo do Carbono 12, que contém em seu núcleo (centro) 6 prótons e 6 nêutrons, e 6 elétrons orbitando em sua eletrosfera.
Esses elementos químicos (ou átomos), por sua vez, podem não existir de maneira isolada, e sim se combinarem, fazendo ligações químicas, que formam as moléculas.
Tipos de moléculas
Um exemplo muito conhecido de molécula é a água (H2O), formada pela ligação de 2 átomos de Hidrogênio e 1 de Oxigênio, como podemos ver no esquema a seguir:
As moléculas podem ser divididas em duas grandes categorias. São elas:
· Orgânicas 
· Inorgânicas 
· Moléculas orgânicas
Aquelas que possuem o elemento químico Carbono em sua composição e que têm, quase sempre, procedência a partir de seres vivos – como as plantas e os animais.
Exemplo: Moléculas de glicose (C6H12O6).
E como tudo isso se encaixa no tema sobre o qual estamos discutindo (a célula)?
Vejamos...
Níveis de organização dos seres vivos
Tudo o que estudamos até aqui amplia aquela visão que apresentamos na aula anterior: da célula como unidade básica de formação dos seres vivos.
A partir desse momento, passamos a conhecer todos os níveis hierárquicos desse processo de formação, que incluem categorias anteriores às células – como as organelas celulares, as moléculas e os átomos.
Podemos, então, dizer que os átomos são as unidades básicas que formam as moléculas. Estas, por sua vez, combinam-se e formam as organelas celulares –pequenas estruturas presentes em seu interior –, que dão origem à célula.
Em seguida, vêm os tecidos, os órgãos, os sistemas e o organismo, como mostra o esquema ordenado:
Aqui temos uma visão mais geral dos diferentes níveis de organização dos seres vivos, em que partimos da menor parte (o átomo) até chegarmos ao organismo.
Composição molecular da célula e importância da água
Já sabemos que:
A água é a molécula mais abundante na célula, seguida pelas moléculas orgânicas de carboidratos, proteínas, lipídeos e ácidos nucleicos.
Vamos conhecer, então, essas moléculas...
A água – agora considerada uma substância, e não apenas uma molécula – é o elemento mais profuso no planeta e existe em três estados físicos diferentes:
Veja, na tabela a seguir, a porcentagem aproximada de água em diferentes partes de nosso organismo:
Diante desses números, não é de se espantar que a água é muito importante para os seres humanos, certo? Todos nós já ouvimos falar do mal que a desidratação nos causa – ela pode até nos matar.
A água desempenha distintos papéis no corpo humano.
Primeiro, pelo simples fato de transitar entre os diferentes espaços – de dentro para fora da célula e vice-versa, do sangue para os tecidos e vice-versa –, a água é um importante meio de transporte para outras substâncias que se dissolvem nela.
Aliás, esta é outra função relevante da água: ser um solvente.
Uma das características dessa molécula (polaridade) permite que ela seja considerada um solvente universal, capaz de dissolver uma grande quantidade de outras moléculas – desde que sejam polares também.
Nesse contexto, por questões de relacionamento, as moléculas são assim denominadas:
• Moléculas hidrofílicas (polares) – aquelas que têm afinidade com a água;
• Moléculas hidrofóbicas (apolares) – aquelas que não têm afinidade com a água.
Para entender melhor o assunto, analise a seguinte soma:
Solvente (Água) + Soluto (Açúcar) = Solução (Água com açúcar)
Quando misturamos uma colher de açúcar com água, observamos que o açúcar se dissolve completamente, formando uma solução de água com açúcar. Isso é possível por que o soluto (açúcar) é polar, da mesma forma que a água (solvente).
Fonte: m.bonotto | Shutterstock
Mas isso não acontecerá se misturarmos uma colher de óleo (soluto apolar) com água (solvente polar).
Como o óleo é uma substância hidrofóbica, devido a sua apolaridade, não é possível obter uma solução homogênea.
Fonte: MR.LIGHTMAN1975 | Shutterstock
A água também é importante para a regulação da temperatura corporal do organismo, porque impede grandes variações que atrapalhem seu bom funcionamento.
Afinal, quando consumimos água, aliviamos o calor. Quando suamos e perdemos água através da superfície da pele, também estamos contribuindo para o controle de nossa temperatura.
Além disso, para que diversas reações químicas de nosso corpo aconteçam – aquelas que mantêm nosso organismo funcionando –, precisamos de água.
Constantemente, as moléculas precisam ser quebradas para originar outras moléculas importantes. Essas reações de quebra – chamadas de hidrólise – contam com a participação da água.
A digestão dos nutrientes que ingerimos, por exemplo, são reações de hidrólise. Para entendê-las, observe o esquema a seguir:
Aqui, identificamos as reações químicas entre dois aminoácidos. Notamos que a água participa da reação de quebra da ligação peptídica entre eles – o mesmo que ocorre quando digerimos as proteínas que comemos.
Verificamos, ainda, que a água é formada e sai da reação quando da ligação entre os aminoácidos. Essa é uma reação de síntese por desidratação.
Biomoléculas orgânicas da célula
Além da água, quatro categorias de biomoléculas orgânicas também constituem a célula:
Todas são compostas de Carbono e se apresentam em uma quantidade variável. Boa parte dessas moléculas é chamada de macromolécula, porque elas são grandes polímeros.
Polímeros são moléculas grandes – como as proteínas,por exemplo – formadas pela união de várias outras moléculas menores, chamadas de monômeros – nesse caso, os aminoácidos.
O esquema a seguir esclarece essa relação:
Aqui, observamos moléculas pequenas, consideradas unidades básicas: os monômeros. Quando estas se unem através de ligações químicas, formam dímeros (se forem 2) ou polímeros (se forem muitas).
Vamos estudar, mais detalhadamente, cada uma das biomoléculas orgânicas da célula.
Lipídeos
Os lipídeos são moléculas que têm uma característica em comum: a apolaridade. Por isso, não são solúveis em água e são chamados de hidrofóbicos.
Por apresentarem uma parte polar e outra apolar, alguns são mais solúveis em água, e por possuírem uma porção hidrofóbica e outra hidrofílica, são denominados anfipáticos.
Os lipídeos mais importantes que estão presentes no organismo animal são:
A seguir, vamos conhecer um pouco melhor cada um deles.
Ácidos graxos
Os ácidos graxos (ou gordurosos) são moléculas relativamente pequenas (monômeros), importantes por servir de fonte de energia para a célula. Além disso, também formam outros lipídeos mais complexos, como os:
• Fosfolipídeos – que compõem a membrana celular;
• Triglicerídeos – que são armazenados no tecido adiposo.
Esses ácidos são constituídos de longas cadeias de Carbono (de 4 a 36) associado a um radical ácido na ponta. Eles podem ser:
• Saturados – aqueles que só possuem ligações simples entre os Carbonos;
• Insaturados – aqueles que possuem uma ou mais ligações duplas entre os Carbonos.
Vejamos alguns exemplos:
· 
·     
Entre todos os ácidos graxos que existem, dois são muito importantes: o linoleico (ômega-6) e o linolênico (ômega-3).
Esses ácidos são poli-insaturados e, embora sejam muito relevantes para o organismo, não são produzidos por animais, mas apenas por plantas e algas. Sendo assim, nós precisamos obtê-los através da alimentação.
Eles são chamados de ácidos graxos essenciais, pois seu consumo está associado a uma boa saúde por trazer diversos benefícios ao ser humano.
Triglicerídeos
Os triglicerídeos são lipídeos mais complexos, formados pela ligação de 3 ácidos graxos a 1 molécula de glicerol (1 álcool) através de uma relação de síntese – chamada de esterificação.
A imagem a seguir os representa:
Aqui, observamos a formação de uma molécula de triglicerídeo a partir da união de 3 ácidos graxos ao glicerol.
Esses lipídeos são uma reserva, já que são produzidos para fins de armazenamento no organismo, como um depósito de ácidos graxos que podem ser utilizados a qualquer momento para a geração de energia.
Nos animais, eles ficam armazenados no tecido adiposo, dando origem às gorduras localizadas!
Fosfolipídeos
Os fosfolipídeos também são lipídeos mais complexos, formados por 2 ácidos graxos mais 1 radical fosfato ligados ao glicerol – de onde vem sua nomenclatura. Eles são lipídeos anfipáticos, pois apresentam uma parte polar e outra apolar.
A imagem a seguir os representa:
Aqui, verificamos a estrutura de um fosfolipídeo, que contém a:
• Cabeça (parte polar) – formada pelo glicerol ligado ao fosfato;
• Cauda (parte apolar) – formada pelos 2 ácidos graxos.
Os fosfolipídeos são importantes porque formam a estrutura básica das membranas celulares, uma vez que se organizam para constituir uma dupla camada, em que as cabeças (polares) ficam voltadas para fora, e as caudas (apolares), para dentro.
Observe a imagem a seguir:
Aqui, podemos ver as duas camadas de fosfolipídeos (parte vermelha + amarela), que formam a estrutura básica da membrana celular, além de outro lipídeo presente na membrana (o colesterol) e outras biomoléculas que ainda vamos estudar (as proteínas e os carboidratos).
Colesterol
O colesterol é outro lipídeo importante que possui uma estrutura peculiar bem diferente daquela que pertence aos lipídeos que já estudamos. Observe-a na imagem a seguir:
Esse lipídeo está presente na membrana celular em menor quantidade do que os fosfolipídeos e interfere em sua fluidez, deixando-a mais rígida.
Além disso, o colesterol é relevante por ser precursor dos hormônios chamados de esteroides (hormônios sexuais) e dos hormônios produzidos pela glândula ad-renal.
Ele não pode ser associado diretamente aos problemas de saúde, porque é produzido por nosso organismo. Só quando está em excesso e associado a uma lipoproteína chamada LDL, o colesterol torna-se prejudicial, causando doenças cardiovasculares.
Carboidratos
Os carboidratos são as biomoléculas mais abundantes na Terra. O mais importante deles é a glicose por ser a principal fonte de energia das células.
A glicose é gerada por meio da reação de fotossíntese, realizada pelas plantas e pelas algas. Esses organismos utilizam o gás carbônico da atmosfera (CO2), a água (H2O) e a energia luminosa para produzir moléculas de glicose (C6H12O6) e gás oxigênio (O2), conforme demonstra a imagem a seguir:
Aqui, observamos a reação geral da fotossíntese em uma organela chamada de cloroplasto.
A glicose é, portanto, o carboidrato que as células utilizam, preferencialmente, para a produção de energia por meio do processo de respiração celular.
Nesse processo, as moléculas de glicose são degradadas – com a participação do Oxigênio –, e a energia liberada é armazenada na forma de uma molécula (ATP), como mostra o esquema a seguir:
Este é o processo de respiração celular, que consiste na quebra da molécula de glicose, que leva à formação de gás carbônico, de água e à liberação de energia.
Os carboidratos são divididos, ainda, em três categorias, de acordo com sua estrutura molecular. Sendo assim, eles podem ser:
	
	
Monossacarídeos – aqueles formados por uma única unidade molecular (base para a formação dos demais).
	
	
	
	
Polissacarídeos – aqueles formados pela ligação de muitos monossacarídeos.
	
	
	
	
Oligossacarídeos – aqueles formados pela ligação de poucos monossacarídeos (os mais comuns possuem 2 e são chamados de dissacarídeos).
	
Vamos estudar cada um deles?
Monossacarídeos
Os monossacarídeos mais importantes são a glicose, a frutose e a galactose, que são essencialmente energéticos e utilizados pelo organismo animal.
No entanto, existem monossacarídeos estruturais, como a ribose e a desoxirribose, que compõem a estrutura do RNA e do DNA, respectivamente.
Esses tipos de carboidratos estão representados nas imagens a seguir:
Oligossacarídeos
Os dissacarídeos são os oligossacarídeos mais importantes, formados pela ligação covalente (glicosídica) entre dois monossacarídeos. Eles são fontes de glicose encontrada nos alimentos.
Veja, a seguir, suas características:
Os oligossacarídeos também são encontrados na superfície externa das membranas celulares, constituindo o glicocálice, que é importante para a sinalização celular e para a adesão entre as células. Eles estão ligados às proteínas e aos lipídeos da membrana, formando glicoproteínas e glicolipídeos.
Vamos estudar esse tema mais adiante na aula sobre a membrana celular.
Polissacarídeos
Os polissacarídeos são longas cadeias (polímeros), lineares ou ramificadas, que podem ser formadas por um único tipo de monossacarídeo (homopolissacarídeo) ou por vários tipos (heteropolissacarídeos).
A tabela a seguir apresenta essa formação:
Polissacarídeos
Os polissacarídeos também têm importância de reserva energética e estrutural, dependendo da molécula formada. Os mais comuns são:
· 
·       
O quadro a seguir apresenta um resumo das características dos polissacarídeos. Veja:
Proteínas
As proteínas – também consideradas polímeros – são formadas pela ligação peptídica entre vários aminoácidos, conforme demonstra a imagem a seguir:
Aqui, cinco aminoácidos são unidos através desse tipo de ligação (destacada de cinza).
As proteínas desempenham diferentes funções no organismo, além de estarem presentes na membrana celular – como veremos em outro momento.
Algumas são hormônios (como a insulina, por exemplo), outras correspondem a várias enzimas. Elas fazem transporte de substâncias, participam dos mecanismos de cicatrização e coagulação sanguínea, e são importantes nutrientes– fontes de aminoácidos.
Existem 20 diferentes aminoácidos que compõem as proteínas e são ligados em uma sequência específica, determinada pelo código genético presente no DNA.
Desse grupo, o organismo humano não é capaz de produzir 8 aminoácidos essenciais. Mas, como estes são importantes, precisam ser adquiridos por meio da alimentação com proteínas. São eles:
• Valina;
• Leucina; 
• Isoleucina;
• Fenilalanina;
• Triptofano;
• Metionina;
• Lisina;
• Treonina.
Os outros 12 produzidos pelo organismo são chamados de aminoácidos não essenciais.
Além de formarem as proteínas, os aminoácidos são relevantes, porque:
• Controlam o pH dentro da célula;
• Atuam como neurotransmissores – como o GABA (ácido gama-aminobutírico);
• Originam neurotransmissores – como a serotonina a partir do triptofano;
• São usados como fonte de energia.
Ácidos nucleicos
Os ácidos nucleicos são moléculas que se encontram, principalmente, no núcleo, formadas por muitas unidades de nucleotídeos unidos por ligações fosfodiéster. Logo, também são polímeros.
Existem dois tipos de ácidos nucleicos:
· Ácido Desoxirribonucleico (DNA) 
· Ácido Ribonucleico (RNA) 
· Ácido Desoxirribonucleico (DNA)
O DNA é a molécula responsável por guardar a informação genética da célula, que é passada para as células-filhas a cada divisão celular. A hereditariedade das características dos seres vivos se deve à transmissão de cópias do DNA para as demais células.
O DNA é formado por duas cadeias de nucleotídeos unidas entre si por meio de ligações de Hidrogênio em forma de espiral. Essas ligações ocorrem entre as bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos.
A imagem a seguir apresenta uma molécula de DNA:
Aqui, as duas cadeias de nucleotídeos constituem uma dupla hélice.
Estudaremos mais o RNA na aula sobre o núcleo celular. Até lá!
Atividades
1. As moléculas que constituem os seres vivos se dividem em orgânicas e inorgânicas. Entre as listadas a seguir, NÃO é uma molécula orgânica:
Água
Lipídeo
Proteína
Aminoácido
Carboidrato
2. O carboidrato é uma biomolécula muito importante para os seres vivos, assim como o glicogênio, que corresponde:
À reserva energética animal
À reserva energética vegetal
A um carboidrato estrutural animal
A um carboidrato estrutural vegetal
A um carboidrato de reserva animal e vegetal
3. A sacarose é um importante dissacarídeo encontrado, principalmente, em frutas. O açúcar que consumimos na alimentação é formado por esse elemento. Em sua composição, há a combinação dos seguintes monossacarídeos:
Glicose e glicose
Glicose e lactose
Glicose e frutose
Glicose e maltose
Glicose e galactose
Resumo 
do conteúdo
Referências 
desta aula
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passos
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Nesta aula, você:
· Constatou a ocorrência de combinação de átomos pelas ligações químicas e a consequente formação das moléculas;
· Estudou a formação das células decorrente da combinação de diferentes moléculas, como a água (mais abundante no planeta);
· Informou-se quanto à composição das células e do organismo, entre cujas diferentes macromoléculas estão os lipídeos, as proteínas, os carboidratos e os ácidos nucleicos;
· Identificou os diferentes papéis das biomoléculas orgânicas.
Referências desta aula
· DE ROBERTIS, E. Bases da Biologia Celular e Molecular. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2006.
· JUNQUEIRA, J.; CARNEIRO, L. Biologia Celular e Molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2005.
· MAYWORM, S. H. (Org.). Introdução à Biologia Celular. 1. ed. Rio de Janeiro: SESES, 2014.
Na próxima aula, você estudará:
· A formação da membrana celular dos pontos de vista molecular e estrutural;
· O papel de suas diferentes moléculas;
· As distintas funções dessa membrana.
Para saber mais sobre os assuntos estudados nesta aula, sugerimos:
· Pesquisar na internet sites, vídeos e artigos relacionados ao conteúdo visto;
· Conversar com seu professor online, em caso de dúvidas, utilizando os recursos disponíveis no ambiente de aprendizagem.