INTRODUÇÃO AOS COMPONENTES BIOQUÍMICOS DA CÉLULA
Desde o descobrimento das células, o se humano possui a preocupação em classificá-las e sendo, descobrir as estruturas básicas da célula ou as estruturas químicas que a célula tem.
Em relação às estruturas químicas, pode ser dividida em dois grandes grupos:
Substâncias inorgânicas: água e sais minerais
Substâncias orgânicas: vitaminas, carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos.
Para compreender melhor o que foi dito acima, deve-se ter como base a introdução e então ter como aprofundamento o que virá a seguir.
1-SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS
1.1-ÁGUA
A água é um dos componentes mais importantes, e também o mais abundante de todo o mundo. Sua necessidade é vital para os seres vivos. Fora da célula, os nutrientes estão dissolvidos em água, que, facilita a passagem através da membrana células e, dentro da célula, é o meio onde ocorre a maioria das reações químicas.
A molécula da água é composta de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H²O), interligados por uma ligação iônica, por isso exige uma grande quantidade de calor para . Uma propriedade exclusiva da água é a coesão de suas forças que fazem com que essa substância seja fluida, adquirindo assim a forma do recipiente na qual se encontrar. Esta coesão é responsável pela tensão superficial que permite a alguns insetos pousar na superfície da água.
Ela é considerada o solvente universal, pois tem grande força de adesão (união de moléculas polares). As substâncias que dissolvem na água são chamadas de hidrofílicas e as que não se dissolvem são chamadas de hidrofóbicas.
A água está presente na maioria das reações químicas e essa reação pode ser efetuada de duas maneiras:
Reações de síntese por desidratação: por perda de água. Quando na união há a liberação de uma molécula de água;
Reações de hidrólise (do grego hydro= água e lise=quebra): a molécula é quebrada em duas e nesse processo há a entrada de molécula de água.
Como propriedades estruturais e químicas que tornam adequada para sua função nas células vivas podemos dizer que: ela é uma molécula polar, pois tem distribuição desigual das cargas, capaz de formar quatro pontes de hidrogênio com as moléculas de células vizinhas e por isso necessita de uma grande quantidade de calor para a separação das moléculas (100ºC); é um excelente meio de dissolução ou solvente; sua polaridade facilita a separação e a recombinação dos íons de hidrogênio (H+) e íons de hidróxido (OH-), é o reagente essencial nos processos digestivos, onde as moléculas maiores são degradadas em menores e faz parte de várias reações de síntese nos organismos vivos; e, as pontes de hidrogênio são relativamente fortes a tornam um excelente tampão de temperatura.
Em relação aos seres vivos, podemos enumerar:
Solvente de líquidos corpóreos orgânicos e inorgânicos;
Meio de transporte de íons e moléculas, ou seja, permite o intercâmbio contínuo de íons e moléculas entre os líquidos extra e intracelular, como por exemplo a sua tendência de subir pelas paredes de tubos finos ou se deslocar por espaços estreitos existentes em materiais porosos. Essa tendência é chamada de capilaridade. Nas plantas, essa capilaridade atua no deslocamento da seiva bruta, das raízes, até o topo das árvores;
Regulação térmica (fato já citado anteriormente, mesmo parecendo que há um pleonasmo, não há. Antes foi citado como uma propriedade química, contrariamente deste momento, da qual é citada também como função para manter a vitalidade dos seres vivos);
Ação lubrificante, ela contribui para diminuir o atrito nas articulações ósseas;
Matéria-prima para a realização da fotossíntese;
Atuação no metabolismo. Na maioria das reações de anabolismo e catabolismo a água participa como reagente ou é gerada como produto. Isto ocorre através da síntese de desidratação e da hidrólise.
Estrutura de uma molécula da água
1.1-SAIS MINERAIS
Os minerais são nutrientes de função plástica e reguladora do organismo, sendo fundamentais ao metabolismo celular. Estes são nutrientes abundantes em frutas e verduras. Outros minerais, como podemos usar como exemplo o iodo e o flúor, mesmo sendo necessários em pequenas quantidades, podem prevenir o aparecimento de doenças como a cárie dentária e o bócio.
Os sais são fundamentais para a matéria viva, são encontrados nos organismos sob duas formas básicas: solúvel e insolúvel.
Os insolúveis acham-se imobilizados como componentes na estrutura esquelética. Já os solúveis estão dissolvidos na água na forma de íons.
Como dito no nome são os sais encontrados nos minérios, têm função esquelética ou estrutural.
Observemos os principais sais minerais:
Cálcio - Faz parte da formação e da manutenção dos ossos e dentes. É encontrado no leite e derivados
Ferro - Componente da hemoglobina. Encontrado nas carnes e leguminosas
Zinco - Constituinte das enzimas, células com muitas funções dentro do organismo. Encontrado em carnes e ovos
Cloro - Participa da regulação e do equilíbrio hídrico. Encontrado no Sal comum de cozinha
Potássio - Participa do processo de contração muscular e da síntese de glicogênio. Encontrado na carne, leite e frutas
Fósforo - Atua na formação de dentes e ossos, indispensável para o sistema nervoso e muscular Encontrado em carnes, porco, frango e repolho
Magnésio - Ajuda na contração muscular e metabolismo energético. Sua ausência causa baixa capacidade aeróbica e perda de transpiração. Existente em legumes e nozes
Sódio - Importante para a transmissão nervosa, contração muscular e equilíbrio de fluidos no organismo. Há no sal, azeite e alimentos processados
Flúor - É necessário para amarrar o cálcio aos ossos. Previne a dilatação das veias, cálculos da vesícula e paralisia. Pode ser encontrado na maioria dos cremes dentário
2-SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS
2.1-PROTÍDIOS
Mais de três aminoácidos até com, unidos entre si, formam um polipeptídio. Mais que cem aminoácidos, formam uma proteína. Podemos usar de exemplo a hemoglobina, pigmento vermelho do sangue, constituído de 574 aminoácidos, a exceção está na insulina, uma proteína relativamente pequena que contém cinquenta e uma ligações peptídicas. Deve-se levar em conta que, aminoácidos são moléculas orgânicas formadas por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio unidos entre si de maneira característica. Alguns podem conter enxofre.
Mas, tendo como foco as proteínas, estas são um polímero linear de aminoácidos unidos por ligações peptídicas. Sua estrutura é formada por uma variedade de vinte aminoácidos, chamados essenciais, que permitem a proteína uma variedade de formas e funções na célula.
Sua estrutura está em três níveis hierárquicos de organização. A estrutura primária é a sequência de aminoácidos dispostos linearmente, constituindo a cadeia polipeptídica. A estrutura secundária se refere a conformação espacial que a proteína toma, dependente da posição de certos aminoácidos, estabilizando a ponte de hidrogênio. Mas, quando as pontes de hidrogênio estabelecem-se entre certos aminoácidos, o esqueleto se dobra dispondo-as em formas geométricas. A estrutura terciária resulta de interações – hidrofóbicas, ligações de sulfeto, forças de Van der Waal e interações iônicas – que estabilizam a estrutura secundária, dando compactação ou conformação a proteína (Fibrosas ou globulares). E, a estrutura quaternária resulta da combinação de dois ou mais polipeptídicos, chamados de subunidades, que dão origem a moléculas de grande complexidade que se mantém unidas e interagem, como por exemplo a hemoglobina.
Em relação á classificação, podem ser classificadas em:
Proteínas simples: São aquelas que através da hidrólise, fornecem apenas moléculas de aminoácidos. Diferem-se das outras pela sequência dos aminoácidos na molécula. Ex: albumina e globulina;
Proteínas compostas ou conjugadas: São as que, na hidrólise, além de aminoácidos, fornecem os chamados grupos prostéticos (Substância de composição diferente). Ex: Mucina, osseína, tendomucóides.
As nucleoproteínas possuem um ácido nucléico como grupo prostético. Como, por exemplo a caseína e a ovovitelina. As cromoproteínas possuem um grupo prostético a porfirina, apresentando sempre uma coloração. Possuem no centro de suas moléculas um elemento metálico, (como por exemplo o Magnésio na clorofila e o Ferro na hemoglobina).
Sua função é determinada por sua estrutura tridimensional e da capacidade de ligaram-se covalentemente à outras moléculas, que neste caso são ligantes. O local de fixação dos ligantes nas proteínas e os ligantes correspondentes possuem alto grau de especificidade, ou seja, são complementares. As proteínas controlam o fluxo de íons através da membrana, regulam a concentração dos metabólicos, confere rigidez á célula, catalisam uma infinidade de reações químicas, atuam como sensores e chaves, produzem movimento e controlam a função genética.
2.2-ENZIMAS
As enzimas são proteínas especiais de ação catalisadora, estimulando ou desencadeando reações químicas importantíssimas na vida, que dificilmente se realizariam sem a presença delas. São produzidas pelas células, mas podem evidenciar sua atividade intra ou extra celularmente. Sem a ação catalítica das enzimas nas reações que comandam o metabolismo celular, certamente não haveria vida na Terra. Elas aceleram de 100 milhões a 100 bilhões de vezes a velocidade das reações químicas, criando, uma condição compatível com a dinâmica da vida.
Na grande maioria, as reações químicas dentro do organismo são extremamente lentas e nem sempre ideal para a sobrevivência do ser vivo. A solução para este problema seria o aumento da temperatura, mas não seria ideal, pois as proteínas seriam desnaturadas. Para isto existem no organismo proteínas extremamente importantes para o metabolismo em que aumentam a velocidade das reações químicas dentro do organismo sem elevar a temperatura, e, são partículas intactas, no exercer de sua função continuam da mesma maneira. Outra característica das enzimas é o fato de serem extremamente específicas, prevalecendo a teoria da chave-fechadura: ela diz que, as enzimas tem o formato ideal que encaixa perfeitamente no substrato em que se quer fazer a reação. Um dos fatores que influenciam diretamente as suas atividades é o pH ou índice de acidez do organismo, na qual se o mesmo não for favorável, a enzima pode se tornar inativa.
De maneira geral, elas apresentam as seguintes características:
São considerados como “substratos” as substâncias cuja qual agem as enzimas. Cada enzima atua exclusivamente sobre determinado (s) substratos, não tendo qualquer efeito sobre os outros, sendo notável sua especificidade da ação enzimática. Admite-se que isto justifica em função do contorno que a superfície da molécula enzimática assume, na qual se encaixam as moléculas dos substratos. Este encaixe proporcionaria uma maior aproximação entre os pontos relativos das moléculas reagentes, acelerando assim, a velocidade da reação. Todavia, realizada a sua ação, a enzima se mostra intacta. Ou seja, a enzima acelera a reação, mas não participa dela;
Sua atividade é reversível, pois podem ocorrer nos dois sentidos da reação. A mesma enzima acelera a produção do composto C pelos reagentes A & B, pode, em circunstância diversa, ativar a decomposição de C em A & B.
Dentro de certos limites, a intensidade de ação enzimática duplica ou triplica a cada 10ºC que se eleva na temperatura do ambiente. Da mesma forma, a cada 10ºC que se reduz a temperatura ambiental, a atividade enzimática é reduzida pela metade ou terça parte. Mas, o melhor ponto de ação de muitas enzimas nem sempre é igual. Mas, em um mesmo organismo, todas as suas enzimas tem o mesmo ponto. A partir da temperatura ideal, qualquer elevação térmica levará a enzima a diminuir sua ação, até se desnaturar. Na desnaturação, a molécula protéica a enzima se desenrola, perde o seu contorno característico e deixa, portanto, de exercer sua função;
Como dito antes, as enzimas dependem do pH para o seu funcionamento. Algumas apenas agem em pH ácido; outras, apenas com pH alcalino (Básico). Ainda dentro dessas preferências, algumas exigem pH muito ácido, outras pH menos ácido. O mesmo acontece com as que preferem pH pouco alcalino ou muito alcalino.
2.3-GLICÍDIOS
Também conhecidos como açúcares, carboidratos ou hidratos de carbono, são substâncias constituídas fundamentalmente por átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. No momento em que é falado a palavra açúcar, remete-nos ao sabor adocicado, mas nem todos os glicídios são adocicados. Para isso, os cientistas preferem usar o termo glicídio, com o intuito de evitar mal entendidos.
Essencial para a sobrevivência humana, é o elemento mais encontrado na natureza.
Em relação à classificação, podem ser classificados em três categorias: monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos.
Os monossacarídeos são os que apresentam moléculas menores e os glicídios mais simples. São os que não sofreram hidrólise, além apresentarem entre três e sete carbonos na molécula na qual a fórmula geral é Cn(H²O)n. Na fórmula, n representa um número entre três e sete. E, seus nomes são dados de acordo com o número de átomos de carbono na molécula:
Trioses – três carbonos;
Tetroses – quatro carbonos;
Pentoses – cinco carbonos;
exoses – seis carbonos;
Heptoses – sete carbonos;
São de interesse biológico as pentoses e as hexoses.
Os dissacarídeos são as moléculas formadas pela união de dois ou mais monossacarídeos, através da hidrólise. A sacarose (C¹²H²²O¹¹), o principal açúcar presente na cana-de-açúcar, sendo formado pela união da glicose com a frutose.
Podemos citar entre os principais a maltose, sacarose e galactose.
Maltose + H²O - Glicose + Glicose. Encontrada na hidrólise do amido;
Sacarose + H²O – Glicose + Frutose. Encontrada na cana-de-açúcar;
Lactose + H²O – Glicose + Galactose. Encontrada no leite.
E, os polissacarídeos são os constituídos de grande número de moléculas de monossacarídeos (Mil a seis mil). Como exemplo dos mesmos, podemos citar o amido, o glicogênio e a celulose.
O amido é uma substância característica das plantas e algas. Suas moléculas são formadas pela reunião de milhares de moléculas de glicose. Na abundância de glicose as plantas fabricam o amido. No momento de necessidade, o amido é quebrado, formando a glicose novamente e usando-a como fonte de matéria-prima para as células. Os animais fabricam o polissacarídeo glicogênio, cuja função é semelhante á do amido para as plantas. Após de uma refeição rica em glicídios, as células do fígado absorvem moléculas de glicose do sangue, unindo-as para formar moléculas de glicogênio, bastante semelhante às moléculas de amido.Quando a taxa de glicose no sangue reduz, fato ocorrente entre as refeições, as células do fígado quebram o glicogênio, convertendo-o em glicose. Estas são lançadas no sangue e chegam a todas as células do corpo, ou seja, o glicogênio armazenado no fígado é uma maneira de guardar energia para os momentos de necessidade. Ele acumula-se também no fígado e músculos.
Nas plantas está na forma de celulose formando a parede das células vegetais, tendo papel de sustentação dessas células.
Há um polissacarídeo que, além do carbono, hidrogênio e oxigênio, apresenta em sua molécula o nitrogênio. É a quitina, encontrada na parede celular dos fungos e exoesqueleto de animais artrópodes (insetos, aracnídeos, crustáceos, quilópodes e diplópodes).
Tanto a quitina como a celulose são de difícil digestão.
Estrutura da glicose
2.4-ÁCIDOS NUCLÉICOSÁcido nucléico é um tipo de composto químico, de elevada massa molecular, que tem ácido fosfórico, açúcares bases purínicas e pirimidina.
São moléculas muito complexas que produzem as células vivas e os vírus, Transmitem as características hereditárias de uma geração para a seguinte e regulam a síntese de proteínas.
As bases púricas mais encontradas são a guanina (G), e a adenina (A). E, as principais bases pirimídicas são a timina (T), citosina (C) e a uracila (U).
Há dois tipos básicos de ácidos nucléicos: o desoxirribonucléico (DNA) e o ribonucléico (RNA).
O DNA é responsável pelo armazenamento e transmissão da informação genética. Sendo encontrado principalmente em especial nos cromossomos e, em pequena quantidade, nas mitocôndrias e cloroplastos. Ele está associado as proteínas, dando destaque para as histonas.
Sua molécula consiste em duas cadeias de nucleotídeos dispostas em hélice em torno de um mesmo eixo. As bases púricas e pirimídicas de cada cadeia polinucleotídica situam-se dentro da hélice dupla, em planos paralelos entre si e perpendiculares ao eixo da hélice, como se fossem degraus de uma escada. Em cada plano ou degrau da escada, a base de uma cadeia forma par com a base da cadeia alimentar. Devido ás dimensões das moléculas das bases, o pareamento só tem lugar entre a timina e a adenina, ou entre a guanina e a citosina, das cadeias complementares. Na hélice dupla, as bases unem-se através de pontes de hidrogênio, principais responsáveis pela estabilidade da hélice. As bases, que são hidrofóbicas, ficam dentro da hélice, e os resíduos de desoxirribose, que por sua vez são hidrofílicos e de ácido fosfórico localizam-se na periferia, em contato com a água intracelular.
E, o RNA é um filamento único, cuja molécula e apenas existe sob a forma de filamentos duplos complementares. Nos dois casos as exceções são encontradas nos vírus. Uns possuem DNA em filamento único, enquanto outros tem RNA em cadeias duplas complementares.
Em relação ao ponto de vista funcional e estrutural, há três variedades principais de ácido ribonucléico:
RNA transportador ou tRNA: tem como função transferir os aminoácidos para as posições corretas nas cadeias em formação nos complexos de ribossomos e RNA mensageiro (Polirribisomas);
RNA mensageiro ou mRNA: representam a transcrição de um segmento de uma das cadeias da hélice de DNA;
RNA ribossômico ou rRNA: está combinado com proteínas, formando partículas chamadas de ribossomos, que tem como função traduzir a informação contida no mRNA para uma sequência de aminoácidos que fará uma molécula protéica.
DNA RNA
Bases púricas Adenina
Guanina Adenina
Guanina
Bases pirimídicas Citosina
Timina Citosina
Uracila
Pentose Desoxirribose Ribose
2.5-LIPÍDIOS
O termo lipídio designa alguns tipos de substâncias orgânicas que tem como principal característica a insolubilidade na água e a solubilidade em solventes orgânicos.
São divididos nos seguintes grupos:
Carotenóides – Atuam como pigmentos acessórios nas plantas na fotossíntese. Há dois grupos: caroteno e xantofilas. Existem também os que atuam na alimentação humana e tem como função renovar as células da pele e evitar a cegueira
Triglicerídeos – Representados pelos óleos e pelas gorduras formadas pela união de três moléculas de ácido graxo com glicerol. A decomposição é feita por hidrólise, havendo separação de ácidos graxos. Estes óleos são encontrados em plantas e raramente em animais. Já as gorduras são facilmente encontradas em animais. Estes ácidos são divididos em dois grupos: os saturados que formam a gordura animal e fica armazenada nas células e os insaturados que formam os óleos presentes nas plantas. Alguns são considerados essenciais, pois não há produção dele no organismo, sendo, devemos obtê-lo por meio da alimentação;
Fosfolipídios – Formados por duas moléculas de ácido graxo contendo fosfato e uma molécula de glicerol. Tendo como característica exclusiva que metade da substância é hidrofílica e a outra metade hidrofóbica, podemos citar como exemplo a Membrana Plasmática.
Cerídeos – Ceras em geral. Tem a importância de impermeabilização da superfície de frutos e folhas, com o objetivo de evitar a perda de água.
Esteróides – Lipídios relativamente complexos, destacando o colesterol abundante nos tecidos animais. Possui várias funções no organismo e em quantidade normal faz bem a saúde, mas no seu excesso pode trazer prejuízos e doenças. Em plantas e fungos não há colesterol, mas sim, outros esteróides com a mesma função.
Alguns exemplos de lipídios e suas funções biológicas
Óleos e Gorduras (Glicerídeos) - Reserva energética de animais e vegetais. Nas aves e nos mamíferos, funcionam como isolante térmico, impedindo perda de calor da pele. Funcionam também como amortecedores contra impactos mecânicos
Ceras - impermeabilização de superfícies sujeitas à desidratação, como superfícies de folhas e frutos
Fosfolipídios - Abundantes no tecido nervoso e nas membranas plasmáticas
Colesterol - Componente das membranas celulares, dá origem a outros esteróides
Testosterona, Progesterona e Estradiol - Hormônios relacionados com, atividade sexual, caracteres secundários e gravidez
2.6-SAIS MINERAIS
As vitaminas são substâncias orgânicas especiais que atuam a nível celular como desencadeadoras da atividade de muitas enzimas fundamentais no processo metabólico dos seres vivos. O curioso é que são exigidas em doses mínimas no organismo, caso contrário, podem causar doenças graves como câncer dos mais diversos tipos, variando com a vitamina.
Cada uma possui um papel biológico diferente, sendo, é impossível uma substituir a outra. São produzidas habitualmente nas estruturas das plantas e por organismos unicelulares. Os seres heterótrofos necessitam obter essas vitaminas através da alimentação.
As vitaminas podem ser divididas em hidrossolúveis e lipossolúveis (Solúvel em gordura), quando se fala em relação á sua composição química.
Hidrossolúveis:
B¹² - Carnes, ovos e laticínio. Sua ausência pode provocara anemia, distúrbios no sistema nervoso.
C - Frutas, verduras e legumes. A carência do mesmo pode provocar escorbuto
Lipossolúveis:
D - Laticínio, ovo, vegetal e raios solares. Sua carência provoca raquitismo e enfraquecimento dos ossos
E - Trigo, cereais e ovo. A carência pode provocar anemia e esterilidade
Em relação ás hidrossolúveis e as lipossolúveis:
A -(Retinol ou Axerftol) - Vegetais verdes e amarelos; óleo de fígado de peixes; gema de ovo; leite. A ausência pode provocar hemeralopia (cegueira noturna), xeroftalmia (cegueira total por ressecamento da córnea), pele seca e escamosa, diminuição da resistência a infecções.
D -(Calciferol)- Óleo de fígado de peixes; gema de ovo; produzida na pele pela ação de raios solares. A carência do mesmo pode provocar raquitismo (encurvamento de ossos por deficiência de cálcio).
E -(Alfatocoferol) - Vegetais verdes; óleos vegetais; cereais; fígado bovino. A carência pode provocar anemia (diminuição de glóbulos vermelhos no sangue)
K -(Naftoquinona) - Vegetais verdes; produzida por bactérias no intestino.A Ausência do mesmo leva ao enfraquecimento do processo de coagulação sanguínea, levando à hemorragia.
B¹ -(Tiamina) - Cereais; legumes; nozes, fígado bovino. A carência pode levar a ter beribéri (fraqueza e inflamação dos nervos)
B² -(Riboflavina) - Leite; hortaliças; ovo; queijo. Sua carência pode provocar rachamento da pele; deficiência visual.
PP -(Niacina ou nicotinamida) - Carne; cereais; peixes; levedura. Sua carência pode provocar a pelagra (diarréia e lesões cutâneas)
B6 -(Piridoxina) - Cereais; gema de ovo; fígado bovino. Sua carência pode provocar doenças como a anemia; convulsões (contrações musculares agitadas e desordenadas independentes da vontade).
B¹² -(Cianocobalamina) - Fígado bovino; ovos; leite; carnes; peixes; ostras. Podendo provocar em sua ausência anemia; lesões do sistema nervoso.
C -(Ácido ascórbico) - Frutos cítricos e outros (tomate, acerola, kani-kama); batata; hortaliças. sua carência pode provocar escorbuto (hemorragias internas e edemas articulares); gengivite; hemorragias nasais.
Biotina - Fígado bovino; leite; cereais; levedura, são produzidas por bactérias intestinais. na sua ausência pode causar doenças como fadiga; depressão; náuseas; lesões cutâneas.
Ácido fólico - Hortaliças; germe de trigo; frutos; levedura; fígado bovino. a ausência do mesmo pode provocar anemia
Ácido pantotênico - Carne; cereais; ovos; legumes; levedura; nozes. na sua respectiva carência pode provocar lesões do sistema nervoso e digestivo.