Ácidos nucleicos

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Ácidos nucleicos
Os ácidos nucleicos são macromoléculas encontradas em todas as células vivas, que constituem os genes, responsáveis pelo armazenamento, transmissão e tradução das informações genéticas. Tais moléculas recebem esse nome devido ao seu caráter ácido e também por terem sido descobertos no núcleo celular, em meados do século XIX.
Existem dois tipos de ácido nucleico: o ácido desoxirribonucleico, mais conhecido pela sigla DNA e o ácido ribonucleico, conhecido como RNA. Os ácidos nucleicos são constituídos por três diferentes componentes:
· Pentoses: são carboidratos cuja molécula é formada por cinco carbonos. A pentose que forma o DNA é conhecida como desoxirribose, enquanto a do RNA é chamada ribose (daí os nomes desoxirribonucleico e ribonucleico).
· Bases nitrogenadas: são compostos cíclicos que contêm nitrogênio. As bases nitrogenadas são cinco: adenina, citosina, guanina, timina e uracila; e destas somente as três primeiras são encontradas tanto no DNA quanto no RNA. A base nitrogenada timina ocorre somente no DNA, enquanto a uracila é uma base exclusiva do RNA.
· Fosfato: um radical derivado da molécula do ácido fosfórico, composto químico responsável pelo caráter ácido dos ácidos nucleicos.
A união das pentoses às bases nitrogenadas e aos fosfatos forma um trio molecular que recebe o nome de nucleotídeo. Ambos os tipos de ácidos nucleicos são compostos por uma sequência de nucleotídeos, que são ligados entre si por meio dos radicais fosfatos, formando longas cadeias polinucleotídicas. Os nucleotídeos detêm grandes quantidades de energia, o que contribui para a realização de diversos processos metabólicos.
Os ácidos nucleicos apresentam uma estrutura espacial bastante complexa e peculiar. As moléculas de DNA são constituídas por duas cadeias polinucleotídicas enroladas uma sobre a outra, o que se assemelha com uma grande escada helicoidal. Essas duas cadeias se unem por meio de pontes de hidrogênio entre determinados pares de bases nitrogenadas: a adenina emparelha-se com a timina, enquanto citosina emparelha-se com guanina.
Já as moléculas de RNA, em geral, são compostas por uma única cadeia, que é enrolada sobre si mesma por meio do emparelhamento das bases complementares num mecanismo semelhante ao do DNA, no entanto, no RNA a adenina emparelha-se com a uracila. Em alguns casos, o RNA também pode ter dupla-fita, como é o caso do mosaico do tabaco.
Além do núcleo celular, o DNA também está presente nas mitocôndrias e nos cloroplastos, organelas capazes de sintetizá-lo. A partir do DNA são transcritas as moléculas de RNA, que podem ser de três tipos principais: RNA mensageiro (RNAm), RNA ribossômico (RNAr) e RNA transportador (RNAt).
Gene
O gene é um segmento de uma molécula de DNA que contém um código para a produção dos aminoácidos da cadeia polipeptídica e as sequências reguladoras para a expressão, embora no genoma humano existam grandes sequências não codificantes. As sequências codificantes são chamadas de éxons. Elas são intercaladas por regiões não codificantes, chamadas de íntrons, que são inicialmente transcritas em RNA no núcleo, mas não estão presentes no mRNA final no citoplasma, não sendo representada no produto protéico final. Em muitos genes, o tamanho cumulativo dos exons é muito menor que o de íntrons.
Segundo Thompson, em circunstâncias típicas, definimos gene como uma sequência de DNA cromossômico que é necessária para a produção de um produto funcional, seja um polipeptídio ou uma molécula funcional de RNA. Esta é a definição molecular de gene.
Todos os eucariotos possuem íntrons, mas em bactérias eles são raros ou inexistentes. A vantagem clara da presença deles permite o processamento alternativo, gerando vários produtos protéicos a partir de um único gene.
O éxons tende a ser curtos (cerca de 150 nucleotídeos), enquanto os íntrons podem possuir várias centenas de nucleotídeos. Essa desproporção aumenta a probabilidade de recombinação, com maior frequência nos íntrons que nos éxons em eucariotos superiores. O processo alternativo permite o teste de novas combinações de exons, sem o descarte do produto gênico original.
Além das sequências realmente codificantes, um gene também inclui as sequências nucleotídicas adjacentes necessárias para a expressão correta do gene, como uma molécula normal de RNA mensageiro, sua quantidade correta, no local correto e no momento correto do ciclo celular.
Estas sequências adjacentes referem-se às sequências de sinalização “início” e “fim” de transcrição de um gene. Na extremidade 5’ está a região promotora, que é onde a transcrição tem início, e na extremidade 3’ está a região de término, que é uma região não traduzida.
Relações entre genes e peptídeos
Cada gene especifica um polipeptídeo diferente, que age influenciando o fenótipo do organismo. Polipeptídeos são macromoléculas constituídas por uma cadeia linear e específica de aminoácidos. Os polipeptídios são os constituintes fundamentais das proteínas. Algumas proteínas podem funcionar como catalisadores em reações bioquímicas, as enzimas; outras formam componentes estruturais das células; e outras são responsáveis pelo transporte de substâncias dentro e fora da célula.
Quando ocorre alguma mutação em um gene, o seu produto polipeptídico pode ser alterado ou até mesmo não será produzido, modificando seu papel no organismo. Na condição homozigota, em geral as mutações recessivas diminuem ou abolem a atividade do polipeptídeo.
DNA 
A molécula de DNA é composta por uma fita dupla de nucleotídeos. Existem quatro subunidades de nucleotídeos, e as duas cadeias unem-se através de pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas dos nucleotídeos.
As cadeias de nucleotídeos são formadas por uma pentose (açúcar de cinco carbonos) associada a um ou mais grupos fosfato e a uma base nitrogenada.
O DNA é composto por uma desoxirribose e um grupo fosfato. As quatro bases nitrogenadas contidas no DNA são: adenina, citosina, guanina e timina.
A cadeia possui duas extremidades, denominadas extremidade 3’ e extremidade 5’. A extremidade 3’ possui um hidroxil e a extremidade 5’, um fosfato.
As bases nitrogenadas estão no interior da hélice, ligadas por pontes de hidrogênio. As bases nitrogenadas citosina e timina são chamadas de Pirimidinas, e as bases adenina e guanina, chamadas de Purinas.
Histórico
Há mais de 50 anos foi descoberto que o DNA é o material que compõe os genes, embora já soubessem que os genes estão nos cromossomos. Quem descobriu o DNA foi um cientista suíço chamado Johann Friedrich Miescher, no século XIX. Johann trabalhou com o núcleo de leucócitos retirados do pus de ataduras de ferimentos infeccionados e identificou uma substância desconhecida, que possuía nitrogênio e fósforo na composição. Após algumas pesquisas, ele verificou que esta substância descoberta era ácida e estava presente em todos os núcleos celulares, e que haviam dois tipos de ácidos, uma ribose e uma desoxirribose.
DNA
Os dois filamentos que compõem o DNA se enrolam, um sobre o outro, formando uma dupla hélice, semelhante um espiral de caderno, podendo ter milhares de nucleotídeos. Como já foi dito, estas duas cadeias mantêm-se unidas por pontes de hidrogênio entre os pares de bases A->T e C->G, formando sempre ma cadeia complementar. Se tivermos uma cadeia com a seguinte sequencia de nucleotídeos AATCTGCAC, a cadeia complementar será TTAGACGTG.
Nos genes estão todas as informações biológicas de um organismo, que devem ser passadas para seus descendentes, ou ate mesmo na produção de células filhas na proliferação celular. A descoberta da dupla hélice permitiu responder muitas perguntas sobre duplicação do DNA e transmissão de genes.
Em 1953 o biólogo norte-americano James D. Watson e o físico inglês H.C. Crick propuseram o modelo da dupla hélice do DNA, respondendo que a duplicação ocorre pela formação de uma cadeia complementar a partir da separação das duas fitas, e este processo é chamado de duplicação semi-conservativa, pois conserva 50% do DNA da célula mãe, utilizando uma das fitascom molde para a duplicação.
Para que essa duplicação ocorra, as pontes de hidrogênio se desfazem para as cadeias se separarem. Após esta separação, que ocorre com a ajuda de enzimas, uma nova cadeia começa a ser formada, chamada cadeia complementar, com a ajuda da enzima DNA-polimerase. A adenina sempre emparelha com a timina, e a guanina sempre emparelha com a citosina na fita de DNA, no RNA a adenina emparelha com a uracila. No final do processo temos duas fitas idênticas.
Todos os processos são mediados por enzimas, por exemplo, o desenrolamento da hélice é feito por uma enzima chamada helicase.
Todos os genes de um organismo compõem o genoma dele.
DNA Mitocondrial
A mitocôndria é uma organela presente no citoplasma das células de organismos superiores e possui grande importância no processo de respiração celular. Possuem um tamanho que varia de 0,5 a 1,0 μm de comprimento e são consideradas fábricas de energia, pois processa o oxigênio e a glicose convertendo-os em ATP.
Esta organela, diferentemente das outras, possui carga genética própria, conhecido como DNA mitocondrial (mtDNA). Este não é como o DNA nuclear que possui longas fitas, formadas por dupla hélice e que codificam cerca de 100.000 genes, o mtDNA representa apenas 1 a 2% do DNA celular, em duplo filamento circular, codificando apenas 37 genes. Acredita-se na hipótese endossimbiótica, devido a existência do mtDNA. Esta sugere que o surgimento das células eucarióticas se deu com o englobamento das células procarióticas sem ocorrer a digestão, e estas duas desenvolveram uma relação simbiótica.
Não possui diferença na sua composição química, em relação ao DNA nuclear, mas possui um código genético apenas seu. Possui genoma haplóide, por ser apenas de origem materna, não havendo recombinação, pois se acredita que as mitocôndrias dos espermatozóides são destruídas pelo gameta feminino (óvulo) após a fecundação. Possui também uma região não codificadora que, aparentemente, controla a replicação e transcrição do mtDNA. Quando comparada com o genoma nuclear, possui uma alta taxa evolutiva (substituições de base). Sendo assim, tem sido muito usado em estudos evolutivos para a investigação de linhagens antigas.
Os métodos de análises mais usados para a identificação do genoma e/ou variabilidade genética entre populações ou espécies, são eles: análise com enzimas de restrição (RFLP), construção de mapa de restrição para todo o genoma, amplificação via PCR seguido de digestão com endonucleases; clonagem e sequenciamento.
Existem doenças que são consideradas mitocondriais, pois afetam genes desta organela, que pode afetar ambos os sexos. Quando o ovócito é formado, não há uma regra para a segregação das mitocôndrias, podendo existir uns com mais mitocôndrias com DNA mutado.
RNA
O RNA é formado pelo ácido ribonucléico. O processo de produção de uma molécula de RNA a partir de uma molécula de DNA é chamado de transcrição. A produção de proteínas é feita por comandos do RNA, e este processo é chamado de tradução.
O RNA não possui a base nitrogenada Timina, em seu lugar está presente a Uracila.
Transcrição
A cadeia de DNA é separada através de enzimas que promovem a quebra das pontes de hidrogênio. Quando as hélices estão separadas, uma enzima chamada RNA polimerase une-se a uma das extremidades da fita, pois apenas uma fita é copiada, e segue pela cadeia, formando os pares: A->U e C->G. Ao término do processo, a molécula de RNA se desprende e as fitas de DNA voltam a se unir.
O começo e o fim de uma cadeia são limitados por sequencias específicas de gene, reconhecidas pela polimerase.
Tipos de RNA
RNA ribossômico: O RNA ribossômico participa na produção de ribossomos, que por sua vez produzem proteínas. A região do DNA molde para esse RNA é chamada de região organizadora do nucléolo. Ao serem sintetizadas, as moléculas de RNA ribossômico se acumulam nessas regiões, formando os nucléolos.
RNA transportador: Este RNA transporta os aminoácidos até os ribossomos para a produção das proteínas. O anticódon é uma região do aminoácido por onde a tradução começa e é formado por uma trinca de bases, onde o RNA transportador se emparelha ao códon, que é uma trinca complementar de bases do RNA mensageiro.
RNA mensageiro: O RNA mensageiro possui as informações para a síntese do RNA. Ele possui as trincas de bases nitrogenadas que definem os aminoácidos. O RNA transportador possui o anticódon, que vai se encaixar com o códon do RNA mensageiro. Por exemplo, se o códon for AAA, o anticódon será UUU, e o aminoácido formado será a lisina. Mas os RNAs só se encaixam se códon e anticódon forem correspondentes.
Carboidratos
	
	
Os carboidratos também podem ser chamados de glicídios, glucídios, hidratos de carbono ou açúcares. São formados fundamentalmente por moléculas de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O), por isso recém a denominação de hidratos de carbono.
Alguns carboidratos podem possuir outros tipos de átomos em suas moléculas, como é o caso da quitina, que possui átomos de nitrogênio em sua fórmula.
Estão relacionados com o fornecimento de energia imediata para a célula e estão presentes em diversos tipos de alimentos. Os carboidratos são os principais produtos da fotossíntese.
Além de função energética, também possuem uma função estrutural, atuando como o esqueleto de alguns tipos de células, como por exemplo, a celulose e a quitina, que fazem parte do esqueleto vegetal e animal, respectivamente.
Os carboidratos participam da estrutura dos ácidos nucleicos (RNA e DNA), sob a forma de ribose e desoxirribose, que são monossacarídeos com 5 átomos de carbono em sua fórmula.
O amido, um tipo de polissacarídeo energético, é a principal substância de reserva energética em plantas e fungos.
Os seres humanos também possuem uma substância de reserva energética, que é um polissacarídeo chamado glicogênio. Ele fica armazenado no fígado e nos músculos e quando o corpo necessita de energia, esse glicogênio é hidrolisado em moléculas de glicose, que são carboidratos mais simples, com apenas 6 átomos de carbono. O glicogênio é resultado da união de milhares de moléculas de glicose, assim como a celulose.
Os carboidratos são substâncias extremamente importantes para a vida, e sua principal fonte são os vegetais, que os produzem pelo processo da fotossíntese. Os vegetais absorvem a energia solar e a transforma em energia química, produzindo glicídios. E é desses glicídios que todos os outros seres vivos dependem para sobreviver. Essa energia é passada para os níveis tróficos seguintes: Os herbívoros obtêm essa energia se alimentado de vegetais. Essa energia é passada para o nível seguinte, pois os carnívoros se alimentam dos herbívoros e assim por diante.
De acordo com a quantidade de com a quantidade de átomos de carbono em suas moléculas, os carboidratos podem ser divididos em: Monossacarídeos, Dissacarídeos ou Polissacarídeos
Bases Nitrogenadas
	
	
As bases nitrogenadas são compostos constituídos por anéis, levemente alcalinos, que contêm nitrogênio. Juntamente com uma pentose (molécula de açúcar com cinco carbonos) eu um fosfato compõem o nucleotídeo, subunidade dos ácidos nucleicos DNA e RNA. São classificadas em dois grupos: purinas e puridiminas.
 
As purinas, adenina (A) e guanina (G), são maiores e contém mais de um anel, ao contrário das purimidinas, citosina (C), uracila (U) e timina (T), que são menores e compostas apenas por um anel. Ambas se combinam especificamente para formar o nucleotídeo, assim, adenina e timina, citosina e guanina, duas purinas e duas purimidinas, se ligam por meio de pontes de hidrogênio, para formar o DNA, e, nesse mesmo arranjo, substituindo a timina pela uracila, têm-se o RNA.
Os grupos funcionais mais importantes das purinas e purimidinas são os nitrogênios do anel, os grupos carbonilas e amino exocíclicos. As pontes de hidrogênio ocorrem entre os grupos amino e carbonila e permitem uma associação complementar de duas (e ocasionalmente de três ou quatro) fitas de ácidos nucléicos. Os padrões mais importantesde pontes de hidrogênio são aqueles definidos por James D. Watson e Francis Crick em 1953, em que A se liga especificamente a T (ou U) e G se liga a C. Esses dois tipos de pareamentos de bases predominam nas fitas duplas de DNA e RNA, e os tautômeros (isômeros de conversão simples, que se diferem entre si apenas pela posição do hidrogênio) são responsáveis por esses padrões. É esse pareamento de bases específico que permite a duplicação da informação genética.
As bases, tanto purinas quanto purimidinas, têm caráter hidrofóbico e são relativamente insolúveis nos pHs próximos à neutralidade das células. Em pHs ácidos ou alcalinos, as bases se tornam carregadas e sua solubilidade na água aumenta.
Geralmente se encontram empilhadas (como um empilhamento de moedas), em que os planos de seus anéis se posicionam paralelamente, o que envolve uma combinação de interações van der Walls e dipolo-dipolo entre as mesmas. Esse empilhamento também ajuda a diminuir o contato das bases com a água, além de ajudar a manter a estrutura tridimensional dos ácidos nucleicos.
Essas bases possuem uma variedade de propriedades químicas que afetam tanto a estrutura quanto a função dos ácidos nucleicos. As purinas e as purimidinas comuns no DNA e RNA são moléculas altamente conjugadas, uma propriedade com consequências importantes também para a distribuição eletrônica e a absorção dos ácidos nucleicos.
Nucleotídeos
Nucleotídeos, também conhecidos como nucleotídeos, são compostos que carregam muita energia e que auxiliam nos processos metabólicos, especialmente as biossínteses, em grande parte das células. Atuam também como sinais químicos, respondendo assim a hormônios e outros estímulos extracelulares. Além disso, são também componentes estruturais de co-fatores enzimáticos, intermediários metabólicos e ácidos nucleicos.
Os ácidos nucleicos são compostos orgânicos, que apresentam esse nome em função da sua origem no núcleo celular. Todos eles são formados pela polimerização de nucleotídeos. Cada nucleotídeo é composto de uma ose (que pode ser ribose ou a desoxirribose, mas sempre uma pentose), um base nitrogenada e um radical fosfato (HPO4) proveniente do ácido fosfórico.
Em uma molécula de ácido nucleico, centenas e às vezes milhares de nucleotídeos se encadeiam, originando um longo filamento simples ou duplo. Habitualmente, as moléculas que apresentam um único filamento são as do grupo dos ácidos ribonucleicos, representados todos pela sigla RNA, enquanto que as que possuem duplo filamento, isto é, dupla cadeia polinucleotídica, pertencem ao grupo dos ácidos desoxirribonucleicos, conhecidos pela sigla DNA.
Os nucleotídeos de DNA possuem sempre, como ose, a desoxirribose. Já na molécula de um RNA, os nucleotídeos possuem todos, como ose, a ribose.
As bases nitrogenadas são oriundas da purina e da pirimidina. Deste modo, se diferenciam bases purínicas e bases pirimidínicas, também chamadas de bases púricas e pirimídicas, respectivamente.
As bases purínicas são a adenina e a guanina, comuns tanto em moléculas de DNA quanto nas de RNA. As bases pirimidínicas, todavia, não são as mesmas nos nucleotídeos de DNA e de RNA. Em nucleotídeos de DNA, encontramos a citosina e a timina, como bases pirimidínicas, enquanto que em nucleotídeos de RNA, são comuns a citosina e a uracila.
Tanto nos DNA quanto nos RNA, a molécula se mostra longa, descrevendo uma trajetória helicoidal. O DNA encontra-se no núcleo celular, compondo os cromossomos, juntamente com proteínas. Mais precisamente, são responsáveis por formar os genes. Já o RNA participa principalmente do processo de síntese de proteínas.
Pontes de Hidrogênio
Também denominada ligação três centros dois elétrons (3c-2e), a ponte de hidrogênio é uma ligação química em que apenas dois elétrons são compartilhados por três átomos, tratando-se, portanto de uma ligação deficiente de elétrons.
Cada átomo possui um orbital, que é a região do espaço em volta do núcleo onde a probabilidade de se encontrar um elétron é máxima. Com a combinação dos orbitais atômicos dos três átomos, há a formação de orbitais moleculares, que, assim como nos átomos, são regiões das moléculas onde é mais provável encontrar um elétron. Tais orbitais moleculares podem ser dos tipos ligantes, antiligantes e não ligantes.
Os orbitais moleculares ligantes possuem uma energia menor que os orbitais atômicos dos quais se originaram, apresentam maior probabilidade de encontrar um elétron ao redor do núcleo e interage com todos os núcleos, o que resulta numa maior aproximação desses núcleos atômicos. Os orbitais antiligantes têm uma energia maior do que os orbitais que lhe deram origem e contribuem para um afastamento dos núcleos dos átomos que participam da ligação química. Já os orbitais moleculares não ligantes não produzem uma interação efetiva, uma vez que os orbitais atômicos que os formam não se combinam por não apresentarem uma simetria adequada para tanto.
Numa ponte de hidrogênio, os dois elétrons envolvidos se deslocam para o orbital molecular ligante, produzindo uma interação química entre os três átomos. Em linhas gerais, o orbital ligante é arrastado no sentido de dois dos três átomos, não sendo uniformemente distribuídos entre os três átomos da ligação. Um bom exemplo desse tipo de ligação é o hidrogênio protonado molecular (H3+), um dos íons mais abundantes no universo.
As pontes de hidrogênio podem ser facilmente percebidas nos hidretos de boro como, por exemplo, o diborano (B2H6). Numa interação dessa molécula dois elétrons são compartilhados por três átomos: B-H-B, assim, dois átomos de hidrogênio traçam uma ponte entre os átomos de boro, dando origem a uma ponte de hidrogênio. Observe:
É muito comum que as pontes de hidrogênio sejam também referenciadas como ligações de hidrogênio, no entanto, tal conceito não é correto, pois consistem em tipos de ligações químicas bastante diferentes entre si.
Mitocôndrias (organelas celulares)
As mitocôndrias são as principais organelas celulares. Presentes nas células eucariontes, elas são responsáveis pela produção de energia no interior da célula. São bastante numerosas, principalmente em células onde a demanda por energia for muito grande (por exemplo, células nervosas e do coração, que tem atividade ininterrupta).
São formadas por duas membranas fosfolipídicas, uma externa semelhante á membrana plasmática, e outra interna, com várias ondulações. Dentro dela existem proteínas, ribossomos e DNA, que farão a respiração celular.
Respiração Celular
A mitocôndria recebe substâncias orgânicas (glicose, por exemplo) e oxigênio como combustível. O oxigênio oxida os elementos orgânicos, liberando energia em forma de ATP. O ATP é uma molécula (C10H16N5O13P3) que armazena energia na ligação de seus fosfatos. Essa energia é utilizada na síntese de substâncias, locomoção, divisão celular, transporte ativo, geração de calor, etc.
Cloroplastos
As células vegetais dispõem de uma organela em sua estrutura responsável pelo processo de fotossíntese, denominados cloroplastos, semelhantes às mitocôndrias das células animais.
Os cloroplastos são as maiores e mais proeminentes organelas citoplasmáticas presentes nas células vegetais e podem variar em morfologia, quantidade e posição. São envolvidos por duas membranas, uma externa contendo proteínas que garantem a permeabilidade a pequenas moléculas, e uma interna, com função contrária, ou seja, é impermeável a íons e metabólitos, os quais necessitam de transportadores específicos de membrana para serem carregados, entre ambas as membranas existe o espaço intermembranoso.
No interior dos cloroplastos existe uma matriz amorfa denominada estroma, rica em enzimas solúveis, incluindo as responsáveis pelas reações da fase bioquímica da fotossíntese. Também são encontrados no estroma os plastoglóbulos, grãos de amido, fitoferritina, plastorribossomos, moléculas de DNA.
Assim como as mitocôndrias, os cloroplastos também produzem a maior parte do ATP necessário para o metabolismo através do uso de energia eletroquímica de prótonspara fosforilar ADP em ATP pela ação da enzima ATP-sintetase. Além disso, os cloroplastos contêm DNA, que é circular e codifica parte de suas proteínas, e são organelas semi-autônomas, pois crescem e dividem-se por si mesmas.
Os cloroplastos permitem que as células na presença da luz sejam capazes de remover o carbono do dióxido de carbono do ar e incorporá-lo em suas próprias substâncias, liberando oxigênio da célula concomitantemente, processo esse denominado fotossíntese.
Na fotossíntese, a energia eletromagnética da luz solar é recebida e convertida pelos cloroplastos em energia de ligação química, sendo assim, as plantas são capazes de obter todos os átomos de que necessitam a partir de fontes inorgânicas: o carbono, a partir do dióxido de carbono atmosférico, o hidrogênio e o oxigênio, da água; o nitrogênio, da amônia e dos nitratos do solo, e os outros micronutrientes (nutrientes necessários em pequenas quantidades), a partir de sais inorgânicos do solo. Elas utilizam a energia derivada da luz solar para construir açúcares, nucleotídeos, ácidos graxos, por meios desses átomos citados. Essas moléculas menores são, por sua vez, em proteínas, ácidos nucleicos, lipídios e polissacarídeos, participando da estrutura da planta.
As reações da fotossíntese ocorrem em duas fases. Na primeira, fase luminosa, a energia solar é capturada e armazenada temporariamente como energia de ligação química em pequenas moléculas de NADPH2 e ATP, que agem como carreadores de energia e grupos químicos reativos. Nesse estágio, o gás oxigênio, proveniente da hidrólise é liberado como produto de descarte.
Na segunda, fase obscura, as moléculas que servem como carregadoras de energia são usadas para ajudar no processo de fixação de carbono e de água, disponibilizando, assim, uma reserva útil de energia e de nutrientes.
O resultado líquido de todo o processo de fotossíntese pode ser representado resumidamente na seguinte equação:
Energia luminosa + CO2  + H2O        →      açúcares + O2+ energia térmica
Os açúcares produzidos, então, são utilizados como fonte de energia e de materiais para a produção das várias outras moléculas orgânicas essenciais à célula vegetal.
RNA Mensageiro
O RNA mensageiro (RNAm), ou ARN mensageiro, é responsável pelo controle e formação de uma proteína específica, cuja ação responderá  pela manifestação do caráter hereditário codificado pelo DNA (no gene).
Após o processo de duplicação do DNA, ocorrerá a síntese do RNAm pelo DNA, sendo controlado por enzimas específicas denominadas DNA-transcriptases. Nesse processo, as duas cadeias do DNA vão se separando numa determinada extensão (zona de afastamento) permanente, que apenas vai mudando de lugar, como que “escorregando” ao longo da fita do DNA. No espaço de separação, sob o controle enzimático, os nucleotídeos de RNA se encaixam numa das cadeias apenas do DNA.
Há  uma especificidade entre os nucleotídeos, sendo que os nucleotídeos de adenina sempre se combinam com os nucleotídeos de timina (no DNA) e nucleotídeos de citosina sempre se ligam com nucleotídeos de guanina (tanto no DNA quanto no RNA). Mas quando há a formação do RNA, ao nível de cada nucleotídeo de adenina da cadeia do DNA entrará um nucleotídeo de uracila na cadeia do RNA que está se formando.
Ao passo que a cadeia única de RNAm vai sendo formada, ela se desgarra do seu molde, que é a cadeia modeladora de DNA, permitindo que esta última, já livre naquele ponto, possa voltar a unir-se à sua cadeia complementar, restaurando a integridade da molécula.
Dessa forma, quando a longa cadeia de RNAm estiver completa, a molécula de DNA que a formou estará perfeitamente intacta, com seus dois filamentos íntegros unidos.
Nesse tempo, o RNAm já terá feito a transcrição do código genético do DNA, contendo na sua linguagem “invertida” de bases nitrogenadas, uma perfeita correspondência com a linguagem “original” de bases nitrogenadas do DNA.
Ou seja, já que o RNA passará para o citoplasma levando a mensagem genética do DNA, ele recebe o nome de RNA-mensageiro ou RNAm.
RNA Ribossômico
O RNA ribossômico (RNAr), ou RNA ribossomais, são os mais abundantes produzidos pela célula e, também passam para o citoplasma, depois de um certo período de acúmulo no nucléolo, vão participar da construção dos ribossomos, que são minúsculas estruturas citoplasmáticas de papel decisivo no mecanismo de síntese proteica.
Cada ribossomo é constituído de duas subunidades de tamanhos e densidades distintos, porém ambas formadas de proteínas associadas com o RNAr. A presença de íons Mg2+ é essencial para a manutenção das duas subunidades ligadas entre si. A carência de magnésio na célula provoca a dissociação dessas subunidades.
RNA Transportador
O RNA transportador (RNAt), também conhecido como ARN transportador, é o RNA de menor peso molecular, e tem a função de conduzir os aminoácidos específicos para a formação da molécula proteica.
Esse RNA está envolvido no mecanismo de tradução do código genético, que se desenvolve da seguinte maneira:
1 - Os ribossomos deslizam sobre a molécula do RNAm como uma carretilha ao longo de um fio. A subunidade menor do ribossomo cobre, de cada vez, dois códons do RNAm. Dá-se o nome de códon a cada conjunto de 3 nucleotídeos seguidos do RNAm;
2 - Cada RNAt possui um sítio especial, numa das suas extremidades, com um grupamento e 3 nucleotídeos (sempre CCA, ou seja, “citosina citosina adenina”), por onde ele se combina com um determinado aminoácido. Mas o aminoácido que ele vai identificar e reter será determinado pela sequência de nucleotídeos de outro terceto de bases que ele revela na sua outra extremidade, denominado anticódon. A partir daí, existem numerosas possibilidades de combinação. A análise combinatória desses nucleotídeos permite reconhecer 64 anticódons distintos. No entanto, como existem apenas cerca de 20 aminoácidos distintos na construção de proteínas comuns, pode-se, então, inferir que nem sempre há um único anticódon específico para cada aminoácido.
3 - Após de identificado o seu aminoácido, o RNAt se liga a ele e passa a conduzi-lo em direção à molécula do RNAm. O mesmo anticódon que identificou o aminoácido vai procurar ao longo da cadeia do RNAm, um códon que combine perfeitamente com ele. Deste modo, o RNAt se aproxima, liga seu anticódon ao códon do RNAm, enquanto o aminoácido trazido por ele se combina com o aminoácido que lhe antecedeu nessa operação, através de uma ligação peptídica.
Aminoácido
Os aminoácidos são moléculas orgânicas formadas por átomos de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio (N). Alguns podem conter enxofre em sua composição. Esses compostos se ligam, formando a molécula de aminoácido da seguinte forma:
Todas as moléculas de aminoácidos contêm um grupo carboxílico (COOH), um grupo amina (NH2) e uma molécula de hidrogênio (H), ligados a um átomo de carbono, chamado de carbono alfa. A esse mesmo carbono também é ligado um radical, genericamente chamado de R. esse radical varia de acordo com o aminoácido, ou seja, cada um dos 20 aminoácidos existentes contém seu próprio radical, que pode variar de um simples átomo de hidrogênio (H), como é o caso da glicina, para grupos bem mais complexos.
Os aminoácidos se unem através de ligações peptídicas, formando as proteínas. Para que as células possam produzir suas proteínas, elas precisam de aminoácidos, que podem ser obtidos a partir da alimentação ou serem fabricadas pelo próprio organismo.
Aminoácidos naturais
Também chamados de aminoácidos não essenciais, são produzidos pelo próprio organismo. O organismo animal é capaz de produzir apenas 12 dos 20 aminoácidos existentes na natureza, devendo os demais serem retirados da alimentação. Já os vegetais são capazes de produzir os 20 aminoácidos.
Aminoácidos essenciais
São os aminoácidos que os animais não conseguem produzir, mas são obrigatórios na fabricação das proteínas, portanto devem ser retirados dos alimentos.
	Naturais
	Essenciais
	Glicina
	Histidina
	Fenilalanina
	Alanina
	Asparagina
	Valina
	Serina
	GlutaminaTriptofano
	Cisteína
	Prolina
	Treonina
	Tirosina
	
	Lisina
	Ácido Aspártico
	
	Leucina
	Ácido Glutâmico
	
	Isoleucina
	Arginina
	
	Metionina
Nem todos os alimentos contêm todos os aminoácidos, por isso a alimentação deve ser bastante diversificada. Os alimentos mais ricos em aminoácidos essenciais são de origem animal: carne, ovos, leite, queijos, etc.
Os vegetais não possuem todos os aminoácidos essenciais, logo uma dieta vegetariana precisa ser bem diversificada.
Citoplasma
Citoplasma é uma palavra formada por kytos (grego) que significa célula e plasma que significa dar forma.
É o espaço entre a membrana plasmática e o núcleo. Esse espaço não é vazio, mas preenchido por uma substância viscosa denominada citosol ou hialoplasma onde estão mergulhadas as organelas citoplasmáticas.
As substâncias que fazem parte do hialoplasma são água, como principal componente e proteínas. Em concentrações menores temos açúcares, aminoácidos, sais minerais e outras substâncias.
A água age como solvente distribuindo todo o material uniformemente pelo citoplasma e promove as reações químicas da célula.
O citosol é um fluido que preenche o citoplasma. A sua parte periférica, isto é, próxima à membrana plasmática é denominada ectoplasma.
Geralmente, nessa região as moléculas orgânicas estão mais próximas umas das outras, apresentando-se em estado gel, que é um estado mais gelatinoso, sendo assim quase não se deslocam.
Sua parte mais interna, ao redor do núcleo é denominada endoplasma. Geralmente, nessa região as moléculas orgânicas estão mais afastadas umas das outras, apresentando-se em estado sol, bem fluido, deslocando-se mais facilmente.
Essas substâncias no interior do citoplasma apresentam um movimento denominado ciclose. Esse movimento orientado é da parte sol do hialoplasma que carrega os organoides nele mergulhados.
Podemos dizer que o citoplasma é preenchido por um “sopão” de nutrientes que darão recursos para o cumprimento das funções das organelas citoplasmáticas que cumprem funções específicas e são elas:
Mitocôndria – respiração celular aeróbica, através da glicose e do oxigênio esse organoide produz energia necessária para as células.
Retículos endoplasmáticos granular e agranular – transporte intracelular, produção de proteínas, produção de lipídios, degradação de substâncias tóxicas.
Centríolos (célula animal e alguns vegetais) – auxiliam a divisão celular e originam cílios e flagelos.
Sistema golgiense – síntese, armazenamento e liberação de substâncias para o interior ou exterior da célula.
Lisossomos – atuam na digestão intracelular;
Plastos (célula vegetal) – fotossíntese ou armazenamento de substâncias de reserva.
Peroxissomos – atuam na desintoxicação celular.
Vacúolo digestivo – presente quando a célula realiza digestão e se desfaz na clasmocitose; 
Vacúolos contráteis ou pulsáteis ( protozoários ) – expulsa água do interior do citoplasma; 
Vacúolos de células vegetais – armazenamento de substâncias.
Ribossomos – síntese de proteínas
Nesse meio ocorrem inúmeras reações promovendo o metabolismo celular.
Eucariontes
Eukaryota é o domínio dos organismos eucariontes (ou eucariotas, como são mais comumente conhecidos), que possuem núcleo verdadeiro separado do citoplasma. E no citoplasma há muitas organelas. Alguns exemplos clássicos destes representantes (unicelulares ou pluricelulares) são:
· Animais
· Plantas
· Protozoários
· Fungos
E no caso dos organismos pluricelulares as células se diferenciam em tecidos e órgãos específicos, com funcionalidades complementares uma à outra. O que torna inviável a existência e funcionalidade independente uma da outra.
Célula de um organismo eucarionte
Procariontes
Os representantes do grupo prokaryota (procariontes) grupo não possuem núcleo verdadeiro como os eucariontes. Não há a maioria das organelas citoplasmáticas, apenas os ribossomos.
Exemplo de uma célula procarionte
Este grupo é dividido em 2 domínios: as bactérias e as Archaea. Uma curiosidade sobre as Archaea é que logo que foram descobertas e estudadas, foram interpretadas como organismos que só viviam em ambientes inóspitos (com temperaturas variadas, pH diferenciado e até mesmo com incidência de radiação). Porém, com o passar do tempo, as Archea foram encontradas em todos os tipos de habitats, derrubando a teoria inicialmente imposta pelos primeiros estudiosos deste domínio.
Estes representantes não formam tecidos ou órgãos diferenciados, por isso também não compõem organismos pluricelulares. Uma peculiaridade dos procariotos é o mesossoma: uma parte da membrana que é invaginada. Se reproduzem assexuadamente por fissão binária, mas também podem recombinar o material genético por transdução ou transformação (no caso de serem indivíduos de gêneros distintos). Um processo muito comum e muito típico destes indivíduos é quando um de um determinado gênero adquire a resistência antibiótica de outro organismo de outro gênero.
Recombinação Gênica
A recombinação gênica (ou genética) refere-se à troca de genes entre duas moléculas de ácido nucleico, para formar novas combinações de genes em um cromossomo.
Se dois cromossomos de rompem e se unem novamente, alguns genes transportados por esses cromossomos são trocados, processo esse denominado crossing over. Os cromossomos originais se recombinam, de modo que cada um agora transporta uma parte dos genes do outro.
Em eucariotos, a recombinação genética é um processo ordenado, que normalmente ocorre como parte do ciclo sexual do organismo. A recombinação geralmente acontece durante a formação das células reprodutivas, de modo que essas células contenham DNA recombinante. Já em bactérias, a oportunidade para a recombinação genética pode surgir de várias maneiras diferentes, mas em todos os casos, duas moléculas de DNA são unidas.
Um dos processos que podem ocorrer para uma recombinação é a chamada conjugação, em que uma bactéria transfere DNA em um sentido para outra bactéria por contato célula-célula. O DNA transferido pode ser parte ou todo o genoma bacteriano ou pode ser um elemento de DNA extragenômico denominado plasmídio.
No processo de conjugação, uma bactéria atua como doadora e outra como receptora, em que a primeira transfere parte do seu material genético para a outra, e a segunda apenas o recebe e incorpora ao seu genoma. O fato de uma bactéria ser doadora e outra receptora de deve à presença do fator fertilidade (F), as linhagens que carregam tal fator são designadas F+ e podem doar DNA, as que não possuem, não doam e são denominadas F-.
Uma célula bacteriana também pode obter um pedaço de DNA do ambiente e incorporar esse DNA a seu próprio cromossomo, processo chamado transformação. Esse DNA pode ser proveniente de células da mesma espécie ou de outras espécies que morreram, mas ainda se encontram dispersas pelo ambiente, ou, mesmo, secretado por bactérias ainda vivas. Esses pedaços isolados de DNA são captados pelas células bacterianas através da parede celular e da membrana plasmática.
A transformação é muito útil no ramo da Engenharia Genética, processo de manipulação de genes de modo a inserir novas características, determinando, novas funções à bactéria transformada. Exemplo disso é o uso de bactérias na produção de insulina, em que tais microrganismos têm seu genoma modificado através da introdução de genes humanos que ordenam a fabricação desse hormônio, passando, assim, a produzi-lo.
Em outros casos, ainda, alguns vírus que parasitam células bacterianas (chamados bacteriófagos, ou simplesmente fagos) podem captar um pedaço de DNA de uma bactéria e injetá-lo em outra, podendo ser incorporado ao cromossomo, num procedimento conhecido como transdução. Os próprios fagos podem sofrer recombinação quando dois genótipos diferentes infectam a mesma bactéria (recombinação de fagos).
Os fagos que participam do processo de transdução podem ser distinguidos pelo seu ciclo, alguns são virulentos, que lisam (lise = quebra) imediatamente a célula hospedeira, ciclo denominado lítico, outros são temperados, ou seja, podem permanecerdentro do hospedeiro por um determinado período sem destruí-lo, o ciclo lisogênico. Apenas os fagos temperados podem ser transduzidos.
Assim como a mutação, a recombinação gênica contribui para a diversidade genética de uma população, que é à base do processo evolutivo.
Transcrição
A transcrição é o processo de formação de uma molécula de RNA a partir de uma molécula molde de DNA. Neste processo, as fitas do DNA se separam e uma serve de molde para o RNA, enquanto a outra fica inativa. Ao fim da transcrição, as fitas que foram separadas voltam a se unir.
A transcrição é um processo altamente seletivo, pois apenas pequenas porções da fita de DNA é molde é copiada. Isso é muito importante, pois é o primeiro passo da regulação de um gene.
O processo é iniciado quando a polimerase do DNA se liga a uma das extremidades do DNA. Essa extremidade é muito específica, possuindo uma sequencia especial de bases, e é chamada de promotor. Neste local, existe um sítio de iniciação, com a primeira base a ter transcrita. A polimerase do RNA segue pela extensão da cadeia, transcrevendo o DNA em RNA até encontrar a sequencia de terminalização, que contém bases específicas que determinam o fim da transcrição.
Etapas da transcrição
1 – Reconhecimento da fita molde de DNA
O DNA e as polimerases do RNA (enzimas catalisadoras da reação) estão livres na célula e podem se encontrar ao acaso, porém a transcrição só tem início quando a enzima encontra e liga-se fortemente ao sítio promotor. Quando isso acontece, a dupla-hélice é desenrolada e as fitas são separadas.
2 – Início da transcrição
A polimerase ligada à região promotora inicia o processo de transcrição, adicionando os primeiro nove nucleotídeos da sequencia de RNA. Essa fase é chamada de fase de iniciação.
3 – Elongação
Após a produção de aproximadamente nove nucleotídeos, a polimerase do RNA passa a se deslocar pela molécula de DNA, desenrolando sua hélice e produzindo uma molécula de RNA, cada vez mais alongada. O DNA já transcrito volta a ser enrolado, quase que imediatamente, recompondo a sua dupla-hélice. Esse processo é chamado de fase de elongação.
A fita de RNA produzida é simples e livre. Cerca de 40 nucleotídeos podem ser produzidos por segundo, a uma temperatura de 37ºC em bactérias.
4 – Término
Quando a polimerase do RNA encontra a sequencia de terminalização, o RNA para de ser transcrito. A partir desse momento, nenhuma outra base nitrogenada é incorporada ao RNA. Neste momento, a bolha de transcrição se desprende, liberando uma molécula de RNA e imediatamente a molécula de DNA se enrola completamente. A sequencia de DNA que contém os genes sinalizadores do término é chamada de região terminalizadora.
Fenótipo
O fenótipo é o conjunto de características físicas, morfológicas e fisiológicas de um organismo. O fenótipo é a expressão do genótipo: as proteínas que o genótipo codifica, determina as características fenotípicas.
O fenótipo resulta da atividade dos genes em conjunto com o meio ambiente. O fenótipo pode ser alterado frequentemente. Por exemplo: uma pessoa possui um genótipo para pele clara, mas se expões frequentemente ao sol. Quando uma pessoa expõe sua pele ao sol, ela ativa a produção de melanina pela pele, para protegê-la dos raios solares, e dessa forma, sua pele fica mais escura, pigmentada. O genótipo dessa pessoa será sempre o mesmo: pele clara. O que vai alterar é apenas seu fenótipo, o que é visível e perceptível.
Pessoas de pele muito clara normalmente são recessivas para muitos genes que codificam essa característica, e, como os genes recessivos codificam proteínas defeituosas, pessoas de pele muito clara ficam muito mais vermelhas do que morenas quando se expõem ao sol, pois não conseguem produzir melanina, ou a produzem em muito pouca quantidade, que é insuficiente para pigmentar. O vermelho que vemos é a irritação causada pelos raios solares.
Cor da pele é apenas um exemplo, frente a um fenótipo inteiro. Uma pessoa pode alterar seu fenótipo constantemente: pessoas magras podem fazer exercícios físicos e adquirir mais massa muscular. Pessoas com cabelos loiros podem escurecê-los com tintas, e vice-versa.
As características fenotípicas alteradas de uma pessoa não são passadas aos seus descendentes, pois a eles são passadas apenas as características genotípicas. Um casal de halterofilistas não terá automaticamente um filho musculoso. Seu filho poderá ter predisposição a ter muita massa muscular se isso já for uma característica genotípica de um dos pais, e se ele herdar essa característica.
Proteínas - Histórico
As proteínas foram descobertas no século XIX através de estudos realizados principalmente com sangue e ovos. Na época, um dos materiais orgânicos mais estudados eram as claras de ovo de aves, que são chamadas de albume. O fato da clara do ovo se solidificar quando exposta ao aquecimento deixava os cientistas muito intrigados, assim como também acontecia com outras substâncias encontradas no leite e no sangue. Essas substâncias foram chamadas de albuminoides por terem características muito parecidas com o albúmen.
Após anos de pesquisas, foram descobrindo que havia muitos outros compostos albuminoides em nosso corpo.
O termo proteína foi utilizado pela primeira vez em 1838, por um químico holandês chamado Gerardus Johannes Mulder. E com o passar do tempo os interesses pelas proteínas só cresciam e os estudos estavam se tornando cada vez mais detalhistas. Descobriram a presença dos aminoácidos e de 1900 pra cá já foram identificados 20 aminoácidos.
Proteínas
As proteínas estão relacionadas com quase tudo que ocorre nas células. Para começo de conversa, o papel central das proteínas está no fato de a informação genética ser expressa em proteínas. Para cada proteína existe um gene que codifica uma sequência específica de aminoácidos.
As proteínas também são muito importantes como agentes estruturais das células, catalisadoras de funções biológicas, proteínas de armazenamento, motilidade, proteínas reguladoras e proteínas de defesa do organismo, como os anticorpos, o fibrinogênio e a trombina.
Em cada célula existem vários tipos de proteínas, cada uma cumprindo uma função específica. Para cada proteína existe um gene para codificá-la.
As proteínas estão entre as macromoléculas mais abundantes e versáteis.
O papel das proteínas, juntamente com os ácidos nucleicos está diretamente relacionado com o controle de todas as funções celulares.
É muito interessante saber que toda essa variedade de proteínas é formada pelo mesmo grupo de 20 aminoácidos.
Enzimas
As enzimas são polipeptídios grandes, enrolados sobre si mesmos, formando um aglomerado, ou glóbulo com um encaixe, onde as moléculas específicas se encaixam formando um complexo de “chave e fechadura”, onde ocorrem as atividades catalíticas.
A eficiência catalítica das enzimas é extraordinária, dificilmente alcançada pelos catalisadores sintéticos. Em condições ideais de temperatura e pH, unidas a um substrato altamente específico, elas aceleram as reações biológicas.
As enzimas atuam de forma muito organizada, catalisando as inúmeras reações metabólicas que ocorrem no organismo, onde várias substâncias são degradadas e a energia é conservada e transformada, e várias moléculas são sintetizadas a parir de precursores simples.
“Toda enzima é uma proteína, mas nem toda proteína é uma enzima”.
Essa frase é frequentemente dita em aulas sobre enzimas e proteínas.
Com exceção de um grupo de moléculas de RNA com atividade enzimática, toda enzima é uma proteína. As proteínas, além de enzimas, podem desempenhar várias outras funções na célula.
As enzimas podem ser proteínas simples, ou seja, formadas apenas por cadeias polipeptídicas. Quando a enzima é ligada a um grupo não proteico, chamado co-fator, a parte proteica é chamada de apoenzima. Normalmente esse co-fator é um íon metálico. Quando o co-fator é uma molécula orgânica, ele é chamado de coenzima. A holoenzima é a união de um co-fator e uma apoenzima. Tanto a apoenzima como o co-fator são inativos quando estão separados,tornando-se ativos na holoenzima. Uma coenzima que está covalentemente ligada à parte proteica da enzima é chamada de grupo prostético. Muitas vitaminas que nosso organismo precisa e nutrientes orgânicos necessários em pequenas quantidades na dieta são precursores de coenzimas.
Se o organismo não consegue produzir algum tipo de enzima, ele pode ter sérios problemas em seu metabolismo, podendo até ir a óbito. A fenilcetonúria é a incapacidade de produção da enzima necessária à transformação do aminoácido fenilalanina em tirosina. A fenilalanina se acumula, causando danos ao Sistema Nervoso Central. Essa doença pode ser detectada fazendo o teste do pezinho. Excessos de proteínas e o consumo de adoçantes que contêm fenilalanina como o aspartame devem ser evitados por pessoas com essa deficiência.