Bioquímica Celular Composição Química da Célula Todo ser vivo é formado por células, com exceção dos vírus (caso sejam considerados como tal). As células, independente de seu tipo e classificação, possuem uma membrana celular semipermeável, a membrana plasmática; citoplasma contendo ribossomos, responsáveis pela síntese protéica e um centro de comando, o núcleo. Caso seja uma célula mais complexa, eucarionte, possue ainda orgânulos espalhados pelo hialoplasma. Mas de que são formadas as estruturas que compõem a célula? Como uma parede é formada de tijolos, as estruturas ou organelas de uma célula são constituídas por substâncias ou simplesmente moléculas, que podem ou não possuir o elemento carbono em sua formação. Caso essas moléculas não contenham o elemento químico carbono em sua constituição, são denominadas substâncias ou moléculas inorgânicas e, se possuírem o elemento carbono, são consideradas moléculas ou substâncias orgânicas, presentes somente em seres com vida, já que a matéria bruta ou inanimada apresenta somente material inorgânico. Alguns compostos químicos, apesar de possuírem o elemento carbono em sua constituição não são considerados orgânicos, sendo chamados de compostos de transição, que não constitui objeto de nosso estudo. Todo o conjunto da matéria viva, formada por moléculas orgânicas e inorgânicas constitui o que chamamos de protoplasma. Agora podemos responder a uma importante pergunta: porque toda célula possui ribossomos espalhados pelo hialoplasma? Os ribossomos são os responsáveis pela síntese protéica, e proteínas são moléculas orgânicas indispensáveis para a formação de estruturas presentes nas células, como a plasmalema, por exemplo. Se não houver ribossomos, não teremos proteínas para a formação da própria célula. Então, não é possível célula sem ribossomos. Fácil raciocínio, não é? Os seres vivos, independente de qual seja, apresenta uma constituição molecular ou química semelhante, seja ele um protozoário ou um animal de grande porte, diferenciando-se praticamente pela porcentagem das moléculas. Para complementarmos nosso raciocínio, imagine dois tubos de ensaio, sendo que em um deles haja uma solução contendo bactérias previamente trituradas; o mesmo com o outro tubo de ensaio, mas que contem em seu interior, também triturado, fígado de boi. Observando a análise química dos dois tubos, temos o seguinte quadro: Substâncias inorgânicas Substâncias orgânicas Água Carboidratos, como a glicose Sais minerais diversos Lipídios, como óleos e gorduras Aminoácidos e proteínas Ácidos nucléicos Nos dois tubos encontramos as mesmas substâncias apresentadas no quadro. Percebemos realmente que diferentes formas de vida apresentam composição química semelhante. Além disso, não podemos nos esquecer do fato que essas moléculas, sejam orgânicas ou inorgânicas, são formadas por elementos químicos, sendo os mais comuns na matéria viva o carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, correspondendo cerca de 96% dos átomos da maior parte dos organismos. Mas ainda podemos encontrar pequenas porcentagens de fósforo e enxofre ( use o termo CHONPS para lembrar dos átomos). Somos então um amontoado de moléculas, que ao curso da vida assimila outras moléculas em seu patrimônio, descartando dos resíduos não aproveitáveis pelo organismo. Essas moléculas que são assimiladas são usadas para gerar energia, em um conjunto de reações denominado metabolismo energético. Outras são usadas na reconstrução celular, em reações do metabolismo plástico ou estrutural. É indispensável o conhecimento a respeito dessas substâncias, para que possamos entender melhor o por quê de uma alimentação balanceada, o uso de substâncias químicas como a insulina usada em diabéticos, a ingestão de vitamina D por um paciente com raquitismo, para compreender os mecanismos responsáveis pela manifestação da vida. Freqüência de substâncias em Células animais e Células Vegetais Células Constituição química Animais Vegetais Água Sais minerais Carboidratos Lipídios Proteínas 60,0% 4,5% 6,3% 11,7% 17,4% 70,0% 2,5% 18,0% 0,6% 4,1% Observação: Note a alta porcentagem de água nos organismos e a abundância de carboidratos em células vegetais, relacionada com o amido que reservam e a constituição de sua parede celular, formada de celulose. A partir de agora, faremos um estudo mais detalhado das moléculas formadoras das células dos organismos vivos: -água e sais minerais (moléculas inorgânicas) -carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos (moléculas orgânicas) Moléculas inorgânicas Á água Em um dia quente e ensolarado, sentimos uma imensa necessidade de consumo de água pela sensação de sede, para que haja uma reposição de água pelo organismo evitando assim a desidratação. A água é a substância mais abundante do planeta, ocupando cerca de ¾ do globo terrestre, participando da vida de todo ser vivo, em média de 70% em sua constituição. Onde existe água há vida, sendo que o surgimento e a manutenção da mesma depende diretamente dessa substância inorgânica. Podemos perceber que regiões mais abundantes em água, como regiões tropicais onde chove muito e o rios são abundantes, a quantidade de seres vivos presentes é maior. Notamos claramente a diferença quando analisamos um deserto, onde á água é escassa. A água se faz extremamente importante pelas propriedades e funções que possue, estando dentro ou fora do corpo de um ser vivo, animal, vegetal ou qualquer que seja esse organismo. Vejamos então o motivo dela ser tão especial. Representação da água pela visão de um artista. A estrutura da molécula de água Analisando a molécula de água, vemos que ela é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, escrevendo-se então H2O. Esses três átomos se dispõem no espaço criando, entre os átomos de hidrogênio, um ângulo de 104 graus e 49’ (aproximadamente 105 graus). A molécula então tem geometria angular. + - + Essa disposição espacial estabelece uma diferença de eletronegatividade dentro da molécula, apresentando então uma zona positiva e outra negativa. Moléculas que apresentam zonas de polaridade diferentes (negativa e positiva) são chamadas de moléculas polares ou dipolo. Em função dessa polaridade, uma molécula de água pode se unir a outras quatro, por atração de cargas elétricas opostas, sendo assim, o hidrogênio de uma molécula (+) é atraído pelo oxigênio de outra molécula (-). É bom lembrar que as ligações na molécula de água, entre os hidrogênios e o oxigênio são ligações do tipo covalente. Já ligações entre moléculas de água são ligações de hidrogênio. Fique atento... É importante que países de todo o mundo tenham consciência da importância desse recurso não só natural, mas valioso ingrediente da vida, procurando maneiras de se conservar reservatórios naturais para que não só a nossa, mas também outras espécies não fiquem comprometidas pela falta de administração dos recursos hídricos terrestres. Propriedades da molécula de água 1. Adesão Adesão é a capacidade que a água, molécula polar, tem de se ligar a outras moléculas polares, explicando a capacidade que a água tem de molhar. Não existe adesão entre a água e moléculas apolares. Por isso a água não se mistura com ceras, óleos e gorduras, por exemplo. 2. Coesão Foi dito anteriormente que uma molécula de água é capaz de se ligar a quatro outras moléculas de água. A capacidade que a água tem de se ligar a outras moléculas de água por ligações de hidrogênio é chamada de coesão. Observamos de forma clara essa propriedade quando enchemos totalmente um copo com água e deixamos cair mais algumas gotinhas, formando-se um cúpula por sobre o copo, sem a água derramar. Essa cúpula se forma devido à alta tensão superficial da água. É por isso que alguns insetos pousam sobre a água e não afundam (existe uma espécie de tapete). 3. Capilaridade Como as plantas conseguem transportar até as folhas de seu galho mais alto, água proveniente do solo, vencendo a ação da gravidade? Podemos responder a essa pergunta entendendo uma importante propriedade da água, chamada de capilaridade (revise conceitos sobre adesão e coesão antes de iniciar essa nova propriedade). A água, ao sair do solo, realiza adesão com a superfície interna dos vasos da planta, os quais consideraremos como capilares. Assim, ela tende a subir pelo capilar e, por coesão, arrastam outras moléculas de água que acabam também conseguindo subir pelo vaso. Essa força de adesão-coesão são responsáveis em conjunto pela capilaridade, vencendo a força da gravidade. 4. Alto calor específico Para se aquecer a substância água, é necessária uma grande quantidade de energia calórica. Por isso dizemos que ela possui alto calor específico. Podemos explicar essa propriedade pela presença de ligações de hidrogênio, que garantem coesão entre as moléculas. Para se romper um grande número dessas ligações, permitindo grande e livre movimentação de água, devemos fornecer muita energia calorífica. Então, como a água não sofre facilmente variações de temperatura, ela atua na manutenção da temperatura corporal, impedindo que haja variações no metabolismo da célula, que se relaciona com a temperatura.(veremos que moléculas chamadas enzimas sofrem influências com a temperatura) 5. Alto calor de solidificação Infelizmente ouvimos algum dia que pessoas morreram congeladas em um determinado local, após ficaram algum tempo em temperaturas extremamente baixas. Mas porque a baixa temperatura pode levar um organismo vivo à morte? Além de outros fatores que iremos estudar posteriormente, a água em baixa temperatura por um certo tempo irá se solidificar dentro das células, formando cristais que irão perfurar as estruturas celulares, acarretando em prejuízos fatais para o ser vivo. Para que a água passe de seu estado líquido para o estado sólido, é necessário que haja uma liberação de calor considerável, sendo submetida a temperaturas abaixo de 0 grau Celsius por algum tempo, pois a água não vira gelo de repente, mas após certo intervalo de tempo. 6. Alto poder de dissolução Pelo seu grande poder de adesão, a água possui grande capacidade de dissolver substâncias, que sejam também polares. É importante lembrarmos que praticamente todas as reações que acontecem na célula ocorrem em meio líquido. Como existem substâncias que se dissolvem em água, chamadas de hidrofílicas, outras não se dissolvem, conhecidas por hidrofóbicas. Essa propriedade mostra-se importante, pois a integridade de estruturas como a membrana que apresenta em sua constituição lipídios, permanece íntegra graças a ela, além dos sais minerais, responsáveis por diversas reações celulares, que mostram-se solúveis em água. 7. Alto calor de vaporização Para que a água passe de seu estado líquido para o estado gasoso é necessário que as ligações de hidrogênio sejam rompidas (coesão) desprendendo uma molécula de água de outras, havendo alto consumo de energia para ocorrer. Após um exercício físico prolongado, nosso organismo libera para a superfície corporal água. Como a água necessita de muita energia calorífica para evaporar, absorve então o calor do corpo, fazendo um resfriamento corporal, sendo então mais um mecanismo de manutenção da temperatura, reduzindo a temperatura corpórea. 8. Alto poder de reação A grande maioria das reações ( cerca de 98%) acontece com a presença da molécula inorgânica água, usada como reagente ou obtida como produto. Quando realizamos a união de duas ou mais moléculas, temos a liberação de água, reação que intitulamos de desidratação intermolecular. Para que outras moléculas maiores sejam quebradas, adicionamos água na reação, que chamamos de reação de hidrólise.Veja: Reação de desidratação intermolecular (entre moléculas) C6H12O6 (glicose) + C6H12O6 (glicose) C12H22O11 (maltose) + H 2O Reação de hidrólise C12H22O11 (maltose) + H2O C6H12O6 (glicose) + C6H12O6 (glicose) É importante saber... A água subterrânea não apresenta o mesmo potencial de reversibilidade de poluição que a água encontrada em lagos e rios. Por não receber oxigênio atmosférico, o trabalho de degradação microbiana fica prejudicado, levando a uma baixa autopurificação. Funções da molécula de água As funções da molécula de água associam-se com suas propriedades e entre elas podemos citar: 1. A água por ser polar dissolve a maioria das substâncias, sendo considerada então solvente universal. 2. A água participa do transporte de substâncias dentro da célula, necessárias para o metabolismo celular. 3. Lubrifica superfícies internas do corpo, como os pulmões ( não havendo atrito em sua expansão) e até mesmo o movimento dos olhos. 4. Funciona amortecendo choques mecânicos. 5. Participa de reações de desidratação (ela é produto) e de reações de hidrólise (ela é reagente). 6. Atua na manuntenção da temperatura corporal. 7. Atua no equilíbrio hidrossalino na célula, fornecendo e retirando sais das células. Você sabia que quase toda a água do planeta está concentrada nos oceanos e que somente cerca de 3% está em terra na forma de gelo e neve ou subterrânea? É difícil acreditar que aproxidamente 1% é que está disponível diretamente ao home, encontrada principalmente em lagos e rios ou outros componentes dos organismos vivos. Fatores que interferem na porcentagem de água Ao analisarmos a porcentagem de água em um organismo, devemos ficar atentos a três critérios: .Idade do indivíduo Em termos percentuais, quanto mais novo o indivíduo, mais a quantidade de água. Um recém nascido possui maior porcentagem de água do que um indivíduo já idoso. .Atividade metabólica Quanto maior o número de reações e intensidade destas no organismo, maior a quantidade de água. Ao compararmos células nervosas com células do tecido ósseo, percebemos que há mais água nas células nervosas, por possuírem metabolismo mais acentuado. .Espécie do ser vivo Em qual organismo há maior quantidade de água? Animais marinhos como as medusas (água-viva) possuem corpo formado por aproximadamente 98% de água. Em mamíferos superiores como o homem, o feto possue um teor de água de quase 96%, enquanto um adulto tem 65%. Uma semente tem teor de água baixíssimo, cerca de 20%, aumentando na fase adulta. Você deve ter percebido que em mamíferos o teor de água diminui com o passar do tempo e nos vegetais o teor de água aumenta com o passar do tempo, em linhas gerais. Enquanto nós podemos sofrer desidratação (perda excessiva de água), outros seres vivos conseguem viver por períodos considerados prolongados quase que totalmente sem água. Chamamos esse fenômeno de anidrobiose. Já pensou vivermos em uma forma de vida latente, possuindo a capacidade de suspender nossa capacidade nutritiva, reprodutora e de crescimento? Tenha em mente... A agricultura é a atividade que mais consome água. Alguns países já utilizam recursos como aumento da captação de água por represamento de rios ou por conservação de reservas já exploradas com o aumento da eficiência da irrigação.