COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA ÁGUA - CIC

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA
ÁGUA:
É a substância mais abundante em todos os seres vivos.
FUNÇÕES DA ÁGUA:
- Dissolve as substâncias químicas da célula, possibilitando as reações químicas
(solvente universal).
- Regula a temperatura da Terra e dos seres vivos: tem alto calor específico (precisa de
muito calor para elevar sua temperatura de um grau e libera muito calor ao esfriar). Tem
alto calor de evaporação: para evaporar a água rouba muito calor do corpo.
Molécula da água: Apesar de ser feita por dois H e um O, ligados por ligações
covalentes, os pares de elétrons ficam mais tempo do lado do átomo de O, deixando-o
parcialmente negativo, enquanto os átomos de H, cujo núcleo é muito pequeno, fica
pouco tempo com o par de elétrons e por isto tem carga parcialmente positiva. A
molécula de água é então um DIPOLO ELÉTRICO.
Devido a polaridade elétrica a molécula da água consegue dissolver substâncias
polares (com carga elétrica) ou hidrófilas, mas repele as substâncias apolares (sem carga
elétrica) ou hidrófobas. Ainda devido às cargas elétricas, uma molécula de água atrai
outra e assim se mantém unidas por meio de pontes de H. Para a água passar ao estado
gasoso estas pontes devem ser rompidas e por isto a água necessita de muito calor de
vaporização.
A quantidade de água varia nos seres vivos de acordo com:
a) IDADE: indivíduos mais jovens têm maior teor de água. Tem metabolismo
maior.
b) METABOLISMO: organismos e órgãos com mais metabolismo tem maior teor
de água. Jovens têm mais metabolismo e mais água do que organismos mais
velhos. Cérebro tem alto metabolismo (85% de água); ossos têm metabolismo
mais baixo (30% de água).
c) ESPÉCIE: há espécies com elevado teor de água e outros com baixo teor de
água. Água-viva mais de 90% de água.
ÍONS: (Sais minerais):
Os sais minerais existem nas células na forma de íons. Quando colocados na
água, os sais se dissociam (separam os íons) e é assim que eles existem nas células.
Citaremos as funções dos principais íons:
Na; Cl; K: estes íons são responsáveis pelas cargas elétricas das membranas da célula,
mantendo assim o funcionamento normal destas células.
Participam da retenção da água nas células e seres vivos: formam a Pressão
osmótica das células ou dos seres vivos.
P e Ca: estes íons andam muito juntos; O P aparece na forma de fosfatos, formando
moléculas de ATP (trifosfato de adenosina) especializadas em armazenar energia nas
células. O P entra também na composição dos ácidos nucléicos e de proteínas. O Cálcio,
além de estar junto do fosfato é responsável por ativar uma série de enzimas que são
responsáveis pelas reações químicas nas células; entra também na formação dos ossos.
Fe: é importante na formação da hemoglobina (proteína que deixa vermelho o sangue);
esta proteína participa do transporte de oxigênio e gás carbônico nos seres vivos.
Mg: é importante na composição da clorofila.
CARBOIDRATOS – HIDRATOS DE CARBONO - GLICIDIOS OU AÇÚCARES:
São compostos orgânicos feitos de C, H e O, sendo que H e O entram na mesma
proporção em que se encontram na água. Sua fórmula geral pode ser expressa:
Cn(H2O)n. O n tem valor variável de acordo com o tamanho das moléculas.
Carboidratos também são chamados de glucídios ou glúcides ou açúcares
embora nem todos sejam doces.
CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS:
a) Monossacarídeos
b) Oligossacarídeos (Dissacarídeos)
c) Polissacarídeos
MONOSSACARÍDEOS OU OSES: são os carboidratos mais simples e de
menores moléculas. São classificados de acordo com o número de átomos de
carbono. Assim temos:
TRIOSES: se tiverem três C
TETROSES: com quatro C
PENTOSES: com
DESOXIRRIBOSE.
cinco
C.
As
principais
pentoses
são
RIBOSE
E
HEXOSES: com seis C. Sua fórmula geral é: C6H12O6. As principais Hexoses são:
Glicose, Frutose e Galactose.
RIBOSE: C5H10O5; é importante, pois entra na composição do ácido ribonucléico
(RNA).
DESOXIRRIBOSE: C5H10O4. É derivado da ribose por desoxigenação (perda de
O). É importante porque entra na composição do DNA (ácido desoxirribonucléico)
que é o material genético dos seres vivos.
GLICOSE: É a hexose mais importante. É a substância energética (combustível)
das células por excelência. É o primeiro produto da fotossíntese. Entra na
composição de todos os dissacarídeos e polissacarídeos. É encontrado em estado
puro como o açúcar da uva. É ligeiramente doce.
FRUTOSE: É o açúcar das frutas em geral. É bem doce.
GALACTOSE: Entra na composição da lactose, que é o açúcar do leite.
OLIGOSSACARÍDEOS OU OSIDEOS:
Oligossacarídeos são os carboidratos feitos pela união de poucas moléculas de
monossacarídeos (Até no máximo 10 monossacarídeos). Os oligossacarídeos
principais são os DISSACARÍDEOS.
DISSACARÍDEOS: resultam da ligação entre duas moléculas de
monossacarídeos por meio de uma ligação OSÍDICA, na qual há perda de água. Os
principais dissacarídeos são: Sacarose ou Sucrose, Lactose e Maltose.
SACAROSE: é o açúcar encontrado na cana ou beterraba como reserva
energética. Resulta da união entre uma glicose e uma frutose: C6H12O6 + C6H12O6
→ C12H22O11 + H2O.
LACTOSE: açúcar encontrado no leite. Resulta da ligação osídica entre uma
glicose e uma galactose. A equação será igual a da sacarose.
MALTOSE: é o açúcar do malte. Resulta também da digestão do amido. É
formado pela ligação osídica entre duas glicoses. É levemente adocicada.
POLISSACARÍDEOS;
POLISSACARÍDEOS:
Polissacarídeos resultam da ligação osídica de
muitas moléculas de monossacarídeo. São moléculas grandes ou
MACROMOLÉCULAS também denominadas POLÍMEROS. Polímeros são
macromoléculas constituídas pela ligação de grande número de moléculas pequenas
denominadas MONÔMEROS. Os principais polissacarídeos são: AMIDO,
GLICOGÊNIO E CELULOSE.
AMIDO: é a substância de reserva vegetal. Sua molécula é feita pela ligação
osídica de muitas moléculas de glicose: (de 500 a 15.000). Pela fotossíntese os
vegetais produzem a glicose. Se ficasse na forma de glicose seria oxidada e exigiria
muita água para ser armazenada. As glicoses nos órgãos de reserva são ligadas e
formam amido.
O amido é branco, insolúvel em água. Em água quente forma um grude (cola).
Reage com o iodo e fica azul escuro ou roxo.
GLICOGÊNIO: é o polissacarídeo de reserva animal. Tem a mesma formula
do amido, mas sua molécula pode ser muito maior. Fica armazenado no fígado (até
10% do seu peso) ou nos músculos (até 2% de seu peso). É a substância de reserva
animal. A glicose que resulta da digestão do amido de nosso alimento é armazenada
em forma de glicogênio para ser usado nos intervalos entre as refeições.
CELULOSE: Resulta da ligação osídica entre β-glicoses. Forma a parede
celular das células vegetais dando-lhes resistência. Aparece em forma de fibras. É
insolúvel em água, álcool, ácidos, bases. Animais pluricelulares não produzem
enzimas para digerir a celulose. Apenas certos protozoários, bactérias e fungos
conseguem digerir a celulose. A celulose é usada no fabrico do papel. Celulose é
considerada o polissacarídeo mais abundante na natureza.
LIPIDIOS
Lipídios são um grupo muito variado de substâncias orgânicas. Por este motivo
não é possível uma definição. Citamos as suas propriedades em vez da definição.
São substâncias orgânicas insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos,
como o álcool, xilol, benzol, clorofórmio... Os lipídios mais conhecidos são
GLICERÍDIOS, CERÍDEOS, ESTERÓIDES E FOSFOLIPÍDIOS.
GLICERÍDIOS: são os óleos (líquidos) e gorduras (sólidas). Do ponto de vista
químico, tanto óleos quanto gorduras contêm em suas moléculas: glicerol + ácidos
graxos.
Glicerol: é um álcool com 3C na molécula.
Acido graxo: é uma molécula grande em cuja extremidade fica um grupo –
COOH (carboxila) que é ácido. Além disto, há uma longa cadeia de carbonos
ligados unicamente a H. esta parte do ácido graxo não tem carga elétrica e por isto é
insolúvel na água. A ligação entre um glicerol e um ácido graxo chama-se ligação
éster (esterificação). Nesta reação há saída de água. Se um glicerol esterificar com
um ácido graxo falamos de MONOGLICERÍDEO. Se um glicerol esterificar com
Dois ácidos graxos fala-se em DIGLICERÍDEO. Se um glicerol esterificar com três
ácidos graxos, falamos em TRIGLICERÍDEOS OU TRIGLICÉRIDES. Os
triglicerídeos são os óleos vegetais e as gorduras animais.
ACIDO GRAXO SATURADO: se entre os átomos de C só houver ligações
simples denominamos o ácido graxo de saturado. Estes se encontram no estado
sólido a temperatura ambiente. São mais difíceis de digerir.
ACIDO GRAXO INSATURADO: se entre os C do ácido graxo houver pelo
menos uma dupla ligação, falamos que é um ácido graxo insaturado. As duplas
ligações são mais fracas e fazem a molécula dobrar. Com isto estas substâncias são
líquidas na temperatura ambiente.
TRIGLICERÍDEO
=
1
GLICEROL = 3 ÁCIDOS
GRAXOS.
Ácido palmítico e ácido
esteárico são ácidos graxos
saturados e o ácido oléico é
insaturado. Quanto mais
ácidos graxos insaturados
houver mais líquido será o
lipídio.
Os glicerídeos funcionam na célula como reserva energética secundária, sendo
usados somente após os carboidratos. Funcionam também como isolantes térmicos e
mecânico (logo abaixo da pele de animais de sangue quente).
CERIDEOS: são as ceras de animais (abelha, de ouvido) ou vegetais (couve,
bananeira, inhame) impermeabilizam. São feitos de ácidos graxos e um álcool de
cadeia longa (até 16 átomos de C).
ESTERÓIDES: são um tipo de lipídio diferente dos glicerídeos e ceras.
Apresentam uma estrutura de anéis de átomos de C. Um esteróide importante é o
COLESTEROL que entra na composição da membrana das células e é a matéria
prima para a produção de substâncias reguladoras do organismo chamadas
HORMÔNIOS, como os hormônios sexuais e da adrenal.
FOSFOLIPÍDEOS: são denominados lipídios complexos, pois tem na sua
fórmula o P, além de C, H e O. Entram na composição da membrana plasmática.
Estes lipídios também são fosfoglicerídeos, pois são feitos de
glicerol + 2 ácidos graxos + 1 ácido fosfórico (fosfato),
podendo conter outras moléculas ainda. Estes lipídios
apresentam uma extremidade da molécula (com fosfato) com
carga elétrica e a outra extremidade (com ácidos graxos) sem
carga elétrica, portanto APOLAR.
Estas moléculas são
chamadas ANFIPÁTICAS: com uma extremidade polar e outra
apolar ou hidrófoba
PROTEINAS:
Proteínas são substâncias orgânicas quaternárias, pois são feitas de quatro
elementos químicos: CHON. As proteínas são produzidas pelas células sob
orientação direta do material genético e por sua vez as proteínas controlam a
produção e degradação das outras substâncias das células.
Proteínas também podem ser definidas como polímeros de aminoácidos
unidos por ligações peptídicas.
Os aminoácidos são pequenas moléculas que em sua fórmula possuem um C
denominado α. Neste carbono estão ligados quatro grupos químicos diferentes: um
H; um grupo amina (NH2); um grupo carboxila (-COOH); e um grupo R: que é a
parte diferente de cada aminoácido. As proteínas dos seres vivos usam apenas 20
tipos de aminoácidos. O grupo NH2 é básico, portanto +; o grupo COOH é ácido,
portanto -.
Fórmula geral
dos α
aminoácidos
Dois aminoácidos
fazendo a ligação
peptídica. Resulta um
dipeptídeo
A ligação entre dois aminoácidos é uma ligação peptídica e libera uma molécula
de água e resulta um DIPEPTÍDEO. Se três aminoácidos se ligarem formarão um
TRIPEPTIDEO. Havendo mais aminoácidos ligados teremos um POLIPEPTÍDEO.
Se o polipeptídio for muito grande, com pelo menos 80 aminoácidos, é denominado
PROTEÍNA.
O número de ligações peptídicas é igual ao número de aminoácidos menos um.
O dipeptídeo tem numa ponta um grupo amina sem ligar e noutra extremidade
há um grupo carboxila. Se for uma molécula maior acontecerá o mesmo. A
extremidade com o grupo amina é + e a extremidade com o grupo carboxila é -.
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS:
- As proteínas são material de construção das células: função plástica ou
estrutural.
-As proteínas são enzimas: promovem e controlam as reações químicas das
células.
CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS:
PROTEÍNAS SIMPLES: são aquelas feitas somente de aminoácidos.
PROTEÍNAS CONJUGADAS: além de aminoácidos contém alguma
outra molécula que é chamada GRUPO PROSTÉTICO. Se o grupo prostético for
um lipídio teremos uma glicoproteína; se o grupo prostético for um carboidrato
teremos uma glicoproteína; se for um ácido nucléico teremos uma nucleoproteína...
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS:
A função das proteínas depende de sua forma; a forma da proteína é dada pela
sua estrutura que o arranjo espacial dos aminoácidos dentro da proteína.
PRIMÁRIA: é a forma da proteína devido à sequência dos aminoácidos.
SECUNDÁRIA: é a forma da proteína primária que se enrola em espiral. Com
isto fica mais curta e mais espessa.
TERCIÁRIA: é a espiral secundária dobrada sobre si, originado proteínas em
forma esférica (globinas).
QUATERNARIA: são as proteínas terciárias espacialmente colocadas.
Comparando a corda do caminhoneiro com uma proteína poderíamos fazer a
seguinte analogia: a corda esticada é a proteína primária; quando enrolada em forma
de corrente é a secundária; a corrente de corda é pro sua vez enrolada em uma bola
de corda; a maneira como são guardadas as várias bolas de corda são a estrutura
quaternária.
ENZIMAS
As proteínas (possivelmente todas) são capazes de promover (catalisar)
reações químicas, mas não participam destas reações, de modo que ao final da
reação a enzima continua inteira e pode iniciar nova reação química.
VANTAGEM DO USO DAS ENZIMAS:
As enzimas aceleram as reações químicas, diminuindo o tempo para que as
mesmas ocorram.
As enzimas diminuem a energia de ativação. Energia de ativação é a energia
necessária para iniciar uma reação química.
Exemplificando as duas vantagens: Para digerir um pedaço de carne som HCl
sem enzimas é necessário aquecer (energia) o ácido até 80oC e a digestão ou
hidrólise leva 36 horas. Usando a pepsina (enzima do estômago) junto com o HCl a
digestão acontece em duas horas a 36oC.
COMPOSIÇÃO DAS ENZIMAS:
A maioria das enzimas são proteínas conjugadas. A sua parte protéica é
chamada APOENZIMA e o grupo prostético (porção não protéica) é chamada
COENZIMA ou COFATOR. Da união de APOEZIMA + COENZIMA resulta a
HOLOZENZIMA (enzima ativa).
MODO DE AÇÃO DAS ENZIMAS:
As enzimas apresentam um encaixe como o de chave-fechadura dada pela sua
estrutura. Este encaixe é chamado SÍTIO OU CENTRO ATIVO. Neste sítio ativo
liga-se a substância que a enzima transformará e que é chamada de SUBSTRATO.
Cada enzima serve em apenas um substrato: ENZIMAS SÃO ESPECÍFICAS. O
substrato necessita se encaixar no centro ativo da enzima: assim é formado o
COMPLEXO ENZIMA-SUBSTRATO. Com a união do substrato e enzima
processa-se a reação química e resultam os PRODUTOS.
A sequência do modo de ação de uma enzima: O substrato se encaixando no centro ativo;
formando o complexo enzima-substrato; liberando os produtos. Note que a enzima não
foi transformada nem destruída e está pronta para começar outra reação
NOMENCLATURA DAS ENZIMAS:
O nome das enzimas é formado pelo nome do substrato, trocando-se sua
terminação por ASE. Assim o substrato lactose tem a enzima lactase.
Hidrolases são enzimas digestivas que quebram ligações químicas acrescentando
uma molécula de água a cada ligação quebrada.
ACIDOS NUCLEICOS:
Há dois tipos de ácidos nucléicos: DNA E RNA.
Ácidos nucléicos são também macromoléculas ou polímeros feitos de
nucleotídeos. O NUCLEOTÍDEO é composto por três tipos de moléculas: Uma
pentose (Ribose ou Desoxirribose), Um fosfato (H3PO4) e uma Base Nitrogenada.
Ribose (R) faz parte dos nucleotídeos do RNA (ácido ribonucléico) e
Desoxirribose (D) entra nos nucleotídeos do DNA (ácido desoxirribonucléico). As
pentoses são o centro dos nucleotídeos, pois as outras moléculas ligam-se nelas.
Fosfato (ácido fosfórico): é ácido forte. Deixa os ácidos nucléicos ácidos. Sua
função é de unir os nucleotídeos entre si.
Base nitrogenada: Tem reação básica e são ricas em nitrogênio. Pertencem a dois
grupos: Bases Púricas: Adenina (A) e Guanina (G). São moléculas grandes.
Bases Pirimídicas: Citosina (C), Timina (T) e Uracila (U). São moléculas
menores.
Adenina, guanina e citosina entram na composição de DNA e RNA; timina só
entra no DNA e Uracila só no RNA. Veja na ilustração a seguir, as fórmulas das
bases nitrogenadas e por último um nucleotídeo. Se vários nucleotídeos estiverem
unidos teremos um polinucleotídeo.
ACIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (DNA)
O DNA é a molécula que contém toda a informação genética
(programação) das células. Sua estrutura foi descrita por Watson e Crick em 1953
como sendo dois polinucleotídeos enrolados em uma dupla espiral, semelhante a
uma escada de marinheiro. Os corrimões da escada são feitos pela seqüência de
pentoses (desoxirriboses) e fosfatos. Em cada desoxirribose liga-se uma base
nitrogenada. As bases nitrogenadas de duas desoxirriboses se ligam de modo
complementar por meio de ligações chamadas PONTES DE HIDROGÊNIO. A
ordem de ligação entre as bases nitrogenadas é fixa: Adenina liga-se com Timina
por meio de duas pontes de H; Guanina liga-se com uma citosina por meio de três
pontes de H. assim a quantidade de Adeninas e Timinas é igual; do mesmo modo, a
quantidade de Guaninas é igual à de Citosinas. A ordem em que se colocam as bases
nitrogenadas ao longo da molécula é a informação genética que ela traz. Trocandose a ordem destas bases, altera-se a informação genética, o que chamamos
MUTAÇÃO.
A ilustração mostra a molécula
de DNA em desenho plano
apresentando a ordem em que
as bases nitrogenadas se ligam;
No desenho à direita a
molécula tridimensional do
DNA; observem-se as pontes
de H entre as bases
nitrogenadas: duas entre A e T
e três entra G e C.
DNA está localizado no núcleo das células eucariotas formando a cromatina. No
citoplasma o DNA só é encontrado em mitocôndrias e plastos. Células de bactérias
também têm uma molécula de DNA dispersa no citoplasma.
O RNA resulta de um a cópia a partir do DNA. Portanto é fabricado no núcleo,
mas localiza-se no citoplasma. Há vários tipos de RNA e todos auxiliam o DNA na
execução das informações genéticas que contém.
(Resumo de aulas de Biologia para uso dos alunos do Primeiro ano do Ensino
Médio – 2013– Colégio Imaculada Conceição - Prof. Beno Kuehne. As Ilustrações
foram usadas a partir do Livro Biologia de Amabis.).
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