Resumo- As biomoléculas bases moleculares da constituição celular

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Resumo- As biomoléculas bases moleculares da constituição celular
A Organização
Conceitos Fundamentais
As biomoléculas que discutiremos na presente Unidade compõem a grande parte
do conteúdo celular, sendo que tais moléculas são constituídas principalmente pelos átomos de hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio.
As biomoléculas são polímeras, ou seja, são constituídas por unidades –
monômeros – que se repetem diversas vezes, como se compusessem um colar de
bolinhas ou contas, onde cada bolinha se repete para formar o colar por inteiro.
Assim como em um colar, nessa biomolécula temos a possibilidade de que tal
colar seja formado por apenas um tipo de molécula ou de uma única cor de bolinha.
Nesse caso, teremos a formação de homopolímero (homo = igual), assim teríamos
a repetição dessa molécula ou bolinha por diversas vezes. Em nosso organismo
temos o exemplo da molécula de glicogênio, formada apenas por uma sequência
de moléculas de glicose. O glicogênio é armazenado nos músculos e no fígado, de
modo que quando estamos entre uma e outra refeição, o glicogênio do fígado, aos
poucos, libera as moléculas de glicose que foram usadas para formá-lo, então essa
glicose na circulação sanguínea é utilizada para os seus processos vitais.
Outra possibilidade é que a nossa biomolécula seria formada por diversos
tipos de moléculas. Assim, o colar seria constituído por bolinhas de diversas
cores. Há uma particularidade em ambos os casos, no colar de contas a nossa
tendência seria formar uma sequência agradável ao gosto pessoal, mesmo que
essa preferência seja em colocar as cores aleatoriamente – ao acaso. Na nossa
biomolécula isso não ocorre, a sequência das diferentes unidades – monômeros –
é previamente definida e sofre alterações de vez em quando, mas de modo geral,
é sempre a mesma repetição.
Entre os biopolímeros temos como exemplo as proteínas – polímeros – que são
formadas pelos aminoácidos. As proteínas constituem a classe de compostos com
a maior variação conhecida, podendo ter em sua constituição mais de vinte tipos
diferentes de aminoácidos.
Outro biopolímero importante diz respeito aos polissacarídeos, como citamos
quando do exemplo da glicose formando o glicogênio.
Temos ainda os ácidos nucleicos, mais conhecidos como Ácido Desoxirribonucleico
(DNA) E Ácido Ribonucleico (RNA), constituídos por nucleotídeos – monômeros.
Algumas outras moléculas com igual importância para o nosso organismo são a
água, os lipídeos, os sais minerais e as vitaminas que não são polímeros.
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UIDADE As biomoléculas: bases moleculares da constituição celular
Água
A água é a molécula mais abundante e importante da célula, é formada por um
átomo de oxigênio e dois de hidrogênio.
A ligação desses átomos H – O – H não se faz de modo simétrico – linear –, mas
de modo assimétrico – não linear.
A ligação entre os diferentes átomos ocorre através dos elétrons que são
compartilhados, porém esse compartilhamento não é igual, de modo que o átomo
de oxigênio atrai mais os elétrons. Assim, ficam mais próximos do oxigênio que
dos hidrogênios. Além disso, como os hidrogênios se ligam à água de modo a
formar um ângulo, isso faz com que haja uma distribuição de forças – vetores – que
formam polos, sendo que o polo negativo se localiza no lado do oxigênio.
Desse modo, a água é um composto polar – possui polos – e faz com que possa
solubilizar – tornar solúvel – outros compostos que possuem afinidade com a água,
tais como os carboidratos, os ácidos nucleicos, as proteínas e ainda uma grande
variedade de sais que, quando em solução aquosa – solução com água –, possam
formar íons como, por exemplo, o sal de cozinha (NaCl) que, na água, seus cristais
de sal se ionizam formando o Na+ e o Cl-. Essa série de compostos pode ser
também chamada de hidrofílicos – “amigos da água”.
Do lado oposto existem os compostos hidrofóbicos, os quais possuem poucos
grupos polares e a maior parte de grupos apolares, fazendo com que possam
repelir água. Como exemplos temos os lipídeos – óleos e gorduras – e a parafina.
Existem ainda compostos com ambas as características, chamados de moléculas
anfipáticas (anfi = duas), ou seja, são moléculas tanto solúveis em água – polares –,
quanto solúveis em óleos – apolares –, tais como detergentes e sabões.
Proteínas
As proteínas são constituídas por unidades menores, os aminoácidos, estes que
são formados, principalmente, pelos elementos carbono, oxigênio, hidrogênio,
nitrogênio e enxofre.
As proteínas não devem ser vistas apenas como a nossa massa muscular, que
pode compor ao redor de dez a doze quilos do peso corporal – em um homem com
setenta quilos, por exemplo –, mas também os demais tecidos do corpo, como a
pele, parte dos ossos – colágeno –, sangue, unhas, cabelos e outros tecidos.
Os aminoácidos são formados por um átomo central de carbono, denominado
carbono alfa, pois faz quatro ligações diferentes, as quais:
· Agrupamento amina (-NH2);
· Agrupamento carboxila (-COOH);
· Hidrogênio;
· Cadeia lateral: (R = radical) que é diferente para cada um dos vinte aminoácidos,
de modo que cada aminoácido possui a sua própria cadeia lateral.
A presença dos agrupamentos amina e carboxila dá o nome ao composto
aminoácido (amina + ácido carboxílico)D
aApolares e Alifáticos
Quando ingerimos alimentos que contêm proteínas, estas são degradadas pelo
processo digestório até originarem os aminoácidos, de modo que somente os
aminoácidos atingem a nossa circulação sanguínea. Depois disso, tecidos como o
fígado e os músculos captam esses aminoácidos que vieram da nossa alimentação
e formam novas proteínas, mas pode acontecer de que em uma refeição nem
todos os aminoácidos sejam ingeridos, então enzimas do fígado e dos músculos
podem transformar alguns aminoácidos em outros. Porém, o nosso organismo
não consegue produzir – sintetizar – certos aminoácidos, os quais são chamados de
aminoácidos essenciais, de modo que é fundamental ingerirmos tais aminoácidos
em quantidade suficiente. Na prática, o que o organismo não sintetiza é a cadeia
lateral dos aminoácidos essenciais.
Quadro 1 - Aminoácidos essenciais e não essenciais
As proteínas possuem um grau de organização para que possam ser classificadas
adequadamente.
A estrutura primária de uma proteína é definida como o número de aminoácidos,
a natureza – polar, apolar etc. – e a sequência desses. Desse modo, duas proteínas
podem ter o mesmo número de aminoácidos que tenham a mesma natureza,
porém, a sequência é diferente, neste caso estamos diante de proteínas diferentes.
Ser Tir Ser Mei Glu His
Pro Lis Gli Trp Arg Fen
Val Gli Lis Lis Arg Arg
Pro Tir Val Lis Val Pro
Asp Ala Gli Glu Asp Gln
Pro Fen Ala Glu Ala Ser
Leu Glu Fen
Conforme os aminoácidos vão se unindo pelas ligações peptídicas, a proteína
vai adquirindo uma forma que pode ser a de uma escada em caracol – alfa hélice
–, ou de uma folha dobrada em forma de zigue-zague – folha beta pregueada –,
de modo que as formas de alfa hélice e de folha beta pregueada configuram a
estrutura secundária das proteínas.
Conforme a proteína vai ficando maior, as cadeias vão se dobrando umas sobre
as outras, em uma conformação tridimensional, geralmente na forma globulosa.
Então alguns aminoácidos em uma região da cadeia da proteína passam a interagir
ou mesmo a se ligarem com outros aminoácidos em outra parte da cadeia.
Aminoácidos como a cisteína se ligam com uma outra cisteína em outra parte
da cadeia, formando uma ligação com os átomos de enxofre, denominada ligação
dissulfeto (S-S); aminoácidos com cargas negativas em uma região da proteína
são atraídos pelas cargas positivas de outra região, formando grampos, ou ainda
aminoácidos com cargas negativas ou positivas em uma região da proteína, de
modo que são repelidos pelas cargas negativas ou positivas de outra região,
formando alças. Tais dobramentos na cadeia proteica são denominados estrutura
terciária da proteína.
Grande parte das proteínas é composta por várias subunidades ou cadeias
proteicas. O modo com que essas várias cadeias proteicas se inter-relacionam é
denominado estruturaquaternária, o que não implica que essa proteína tenha
quatro cadeias ou subunidades.
Existe uma categoria diferenciada das proteínas denominadas enzimas. As
enzimas são moléculas que aceleram as reações químicas, são catalisadores
biológicos. Tal dinâmica de aceleração das reações químicas ocorre tanto nos
processos de síntese, como também na degradação das moléculas.
As moléculas que sofrem a ação das enzimas são os substratos que, após essa
ação, formam os produtos. A ligação entre uma enzima e um substrato ocorre em
uma região específica da enzima, que é o sítio ativo ou sítio catalítico. O tamanho
de uma enzima é muito maior que o tamanho do substrato e ocorre de uma
maneira muito própria. Assim, geralmente existe uma grande especificidade entre
uma enzima e uma molécula – substrato. Esse tipo de especificidade é denominado
mecanismo chave-fechadura. Do mesmo modo que existe a especificidade entre a
chave e a porta da sua residência, pode até ser que a sua chave entre na fechadura
de outra porta, porém, muito raramente travará ou destravará essa nova porta.
A maior parte das enzimas não funciona sozinha, ou seja, há a necessidade
de haver mais algum elemento para o funcionamento da enzima. Este composto
auxiliar é denominado cofator, que pode ser um íon metálico como o cobre, o
ferro, o magnésio, o zinco e vários outros, ou ainda outras moléculas – coenzimas
–, tais como as vitaminas do complexo B: B1 ou tiamina, B2 ou riboflavina, B3 ou
niacina, B5 ou ácido pantotênico, B6 ou piridoxina, B7 ou biotina, B9 ou ácido
fólico, B12 ou cobalamina.
Tais vitaminas são obtidas quando ingerimos os seguintes alimentos:
Tiamina: cereais integrais, leite, ovos, carne vermelha e fígado.
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Riboflavina: vegetais, grãos, leveduras, leite e derivados, carne, fígado e síntese
por bactérias intestinais.
Niacina: leite e derivados, germe de trigo, gema de ovo, carne e fígado.
Ácido pantotênico: carnes vermelhas, fígado, rins, germe de trigo, brócolis,
batata e tomate.
Piridoxina: vegetais, grãos integrais, germe de trigo, leite, ovos, fígado e carne.
Biotina: vegetais – principalmente legumes – e carne.
Ácido fólico: vegetais folhosos, nozes, legumes, laranjas, grãos integrais, milho,
amendoim e miúdos.
Cobalamina: leite e ovos, fígado, músculos, produção por bactérias intestinais.
Como podemos perceber, pela listagem anterior é importante termos uma
alimentação bem variada, incluindo vegetais, cereais, carnes, leite, ovos etc., a fim
de que esses alimentos nos forneçam as coenzimas e os cofatores necessários ao
funcionamento adequado de nosso organismo.
Alguns substratos podem diminuir a atividade de uma enzima, de modo que esses
compostos são os inibidores enzimáticos, ou seja, substratos que diminuem a atividade
das enzimas. Tal inibição pode ser o resultado da interação entre um substrato e o
centro ativo ou o substrato que altera a forma da enzima – estado conformacional.
Quando um substrato estranho – mas com estrutura semelhante – se liga ao
centro ativo de uma enzima, impede que o substrato original se ligue ao sítio ativo.
O encaixe com o substrato estranho ou original ocorre ao acaso, de modo que
se aumentarmos a concentração do substrato original, aumentaremos também a
possibilidade de que esse substrato se encaixe na enzima e, portanto, voltamos
à atividade normal da enzima. Nesse tipo de inibição os substratos originais e
estranhos competem pela enzima, processo esse denominado inibição competitiva.
Outra possibilidade é que um substrato estranho – não necessariamente com
estrutura semelhante – interaja com o substrato em local que não é o centro ativo,
portanto, não se trata de inibição competitiva. Contudo, essa interação altera a
forma da enzima, fazendo com que não haja o encaixe perfeito da enzima com
o substrato original, provocando então a diminuição da atividade enzimática.
Nessa situação, para que a enzima volte à sua atividade normal, o aumento da
concentração do substrato original não resolve o problema, sendo solucionado
apenas com a retirada do substrato estranho.
Cada enzima possui localização própria dentro das células, de modo que as
enzimas podem estar localizadas na face interna das membranas, no citoplasma, no
núcleo, ligadas à alguma organela – mitocôndria, complexo de Golgi etc. –, ou ainda
específicas de cada tecido, por exemplo, fígado, glândulas salivares, pâncreas etc.
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UNIDADE As biomoléculas: bases moleculares da constituição celular
Ácidos Nucleicos
Os ácidos nucleicos são moléculas grandes – macromoléculas –, constituídas pela
polimerização de unidades monoméricas menores que os nucleotídeos.
Os ácidos nucleicos são muito importantes, pois são os que controlam toda a
informação genética, o controle e a transmissão aos descendentes. Além disso, esta
informação é decodificada para que o organismo sintetize as proteínas. Os ácidos
nucleicos existem sob a forma de Ácidos Desoxirribonucleico (DNA) e Ribonucleico
(RNA).
Cada nucleotídeo, por sua vez, é formado por três partes:
·· O carboidrato do grupo das pentoses – monossacarídeos com cinco
átomos de carbono;
·· O radical fosfato -PO4-;
·· A base orgânica nitrogenada.
As bases orgânicas nitrogenadas de anel duplo são as bases púricas
(adenina = A e guanina = G), enquanto bases de anel simples são as pirimídicas
(timina = T, citosina = C e uracila = U).
Como Funciona o DNA
A fita de DNA é uma dupla fita torcida no próprio eixo. Imagine uma escada
de cordas, como aquelas usadas em missões de resgate com helicópteros que não
podem pousar no local. Assim, as duas laterais da escada – cordas – são compostas
pela molécula de fosfato e pela pentose – açúcar de cinco carbonos – e os degraus da
escada são compostos pelas bases nitrogenadas, sendo cada degrau composto por duas
bases, de um lado uma purina e do outro, uma pirimidina, de modo que o pareamento
fica adenina-timina e guanina-citosina, respectivamente purina-pirimidina.
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Como Funciona o DNA
adenina-timina e guanina-citosina no DNA.
A fita de RNA é uma fita simples que foi copiada originalmente de um dos lados
da fita de RNA. Nessa não temos a timina e a adenina pareia com a uracila, então o
pareamento fica adenina-uracila e guanina-citosina, respectivamente purina-pirimidina.
Existem três tipos de RNA que exercem funções específicas, embora muito
integradas umas às outras: tRNA ou RNAt, o RNA de transferência; mRNA ou
RNAm, o RNA mensageiro; e rRNA ou RNAr, o RNA ribossômico, este último
forma os ribossomos.
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UNIDADE As biomoléculas: bases moleculares da constituição celular
O mRNA – RNA mensageiro – é sintetizado a partir de um fragmento –
parte – do DNA, esse processo é denominado transcrição, pois possui uma
sequência de nucleotídeos onde três específicos – anticódon – correspondem a
um aminoácido próprio.
O tRNA é o RNA que transportará o aminoácido específico, determinado
pela sequência de três bases de nucleotídeos no mRNA, processo de sintetizar
uma proteína – veremos nas próximas unidades. Contudo, os nucleotídeos tRNA
– códon – no local de encaixe correspondem às sequências complementares ao
mRNA, de modo que o tRNA é sintetizado a partir de um fragmento – parte – do
DNA, processo esse denominado transcrição.
O rRNA é o RNA ribossômico, sintetizado a partir de um fragmento – parte –
do DNA, processo esse denominado transcrição. É o componente primário dos
ribossomos, estes que são as organelas responsáveis pela síntese de proteínas das
células. O rRNA constitui a maioria do RNA encontrado em uma célula típica,
é composto por duas subunidades (18S e 25S) e recebe a fita do mRNA para a
síntese das proteínas.
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Lipídeos
Os lipídeos compõem uma classe de compostos que têm como característica
básica a insolubilidade em água e solubilidade em solventes apolares – éter, álcool
etc. Entre os quais, pode-se destacar os óleos, as gorduras, as ceras, o colesterol,
as vitaminas lipossolúveis e diversos outros.
Os óleos e as gorduras podem compor cerca de 95% dos lipídeos da nossa
alimentação, dado quesão constituídos por uma molécula de glicerol – possui três
carbonos – que está ligada a outras três moléculas de ácidos graxos. O termo ácido
graxo também pode encontrado como acil, assim, três (tri) moléculas de ácido
graxo (acil) ligadas ao glicerol nos dá a formação da molécula de triacilglicerol,
nome que pode soar um tanto estranho, porém, você já deve ter ouvido o termo
triglicerídeos, então esses dois nomes – triacilglicerol e triglicerídeo – correspondem
à mesma substância, todavia, o mais indicado é utilizar triacilglicerol.
Os ácidos graxos são cadeias carbônicas não ramificadas, de tamanhos variáveis
e geralmente com número par de carbonos. Em uma de suas extremidades há um
agrupamento químico de ácido carboxílico (COOH), essa extremidade é o carbono
de número 1 e possui a característica de ser hidrofílica – solúvel em água. O restante
da cadeia carbônica é hidrofóbico – insolúvel em água.
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Os lipídeos são moléculas importantes no funcionamento da célula. O
triacilglicerol é uma fonte fundamental de reserva energética, isolante térmico e
protetor de órgãos contra impactos.
Outro lipídeo relevante é o fosfolipídeo, cuja principal função é ser componente
de todas as membranas, incluindo as membranas das organelas celulares.
A membrana plasmática ou membrana celular é composta por uma bicamada –
duas camadas – fosfolipídica, que envolve todas as células, delimitando intracelulares
e extracelulares.
A membrana celular é composta por fosfolipídeos que possuem a estrutura
semelhante ao tracilglicerol, tendo uma molécula de glicerol onde se ligam duas
moléculas de ácidos graxos. Na outra ligação, ao invés de termos o ácido graxo,
figura uma molécula de fosfato – (-PO4-) por isso fosfolipídeo – e há ainda outro
agrupamento ligado ao fosfato, que pode ser uma etanolamina, de modo que
esse fosfolipídeo é a fosfatidiletanolamina. Há outras moléculas também ligadas
ao fosfato, tais como colina formando a fosfatidilcolina, serina formando a
fosfatidilserina, glicerol formando o fosfatidilglicerol e inositol formando o fosfatidil
inositol. As duas moléculas dos ácidos graxos dos fosfolipídeos não possuem carga,
são apolares, porém o fosfato e o agrupamento extra do fosfolipídeo possuem
carga e são polares.
: bases moleculares da constituição celular
As membranas celulares são ricas em colesterol. Níveis elevados de colesterol
sanguíneo são, de fato, inimigos de seu coração, porém, níveis muito baixos de
colesterol sanguíneo podem desestabilizar as membranas e as romperem. Ademais
e a partir dessa molécula, o organismo pode sintetizar outros compostos que
são vitais à nossa saúde, tais como vitamina D, cortisona e aldosterona, além de
outras moléculas, como a testosterona, o estradiol e a progesterona, os quais são
hormônios sexuais masculino e feminino, respectivamente.
Os fosfolipídeos são componentes das membranas celulares, formando
a bicamada, onde a porção hidrofílica se dispõe para o lado externo – meio
extracelular – e para o meio interno – meio intracelular –, a porção hidrofóbica
permanece voltada ao interior da membrana – meio hidrofóbico.
Carboidratos
Os carboidratos são moléculas que, em sua composição básica, possuem carbono
(C), hidrogênio (H) e oxigênio (O). Como o próprio nome desses compostos já nos
fornecem uma ideia, a fórmula estrutural básica dessas moléculas é de carbono e
água (CH2O), na prática, Cn(H2O)n, onde n é um número que multiplica o número
de carbonos e também a molécula de água como um todo. Assim, se n = 6, temos
C6H12O6, que também podem ser conhecidos como hidratos de carbono.
Essa classe de compostos forma a maior biomassa do Planeta, pois constitui a
cobertura vegetal – celulose (polissacarídeo) –, além de compor algas, bactérias etc.
Tais organismos utilizam luz solar, água e carbono da atmosfera (CO2) e, através de
um processo conhecido como fotossíntese, produzem os carboidratos que são mais
conhecidos como açúcares.
Os carboidratos possuem diversas funções no organismo, podendo ser fonte ou
reserva de energia; componentes estruturais de parede celular vegetal e bacteriana
e ainda unidades para a formação de DNA e RNA.
Os carboidratos que nos servem como principais fontes diretas de energia são a
glicose, a frutose – açúcar das frutas – e a galactose – açúcar do leite. No entanto,
ingerimos pouca glicose – ingestão direta –, mas ingerimos uma grande quantidade
de amido, que é uma molécula formada pela união de inúmeras moléculas de
glicose. No trato digestório, o amido é hidrolisado – quebrado/fragmentado – até
formar a glicose, esta que é absorvida, estando então pronta para ser utilizada em
todos os processos metabólicos. As moléculas de glicose que não são utilizadas
imediatamente como fonte de energia, passam a ser armazenadas no fígado e
nas fibras musculares esqueléticas sob a forma de glicogênio, que é uma molécula
– polissacarídeo (poli = muitos) – formada pela união das moléculas de glicose,
de modo que glicogênio/glicose é a nossa principal fonte de energia durante o
exercício físico.
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UNIDADE As biomoléculas: bases moleculares da constituição celular
Ingerimos também uma grande quantidade de carboidratos na forma de
dissacarídeos, formados por duas moléculas de carboidrato. Nesse caso, temos a
sacarose – açúcar de cozinha –, formada pela união de uma molécula de glicose
e uma de frutose, a maltose – açúcar dos cereais –, formada pela união de duas
moléculas de glicose e a lactose – açúcar do leite –, formada pela união de uma
molécula de glicose e uma de galactose.
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