Módulo inicial
Diversidade
na biosfera
A biosfera
Constituintes básicos de uma célula
Todos os seres vivos, apesar da
sua diversidade, são
constituídos essencialmente
pelos mesmos elementos
químicos.
Cerca de 22 dos 92 elementos
químicos existentes na crusta
terrestre são constituintes
essenciais de todos os seres
vivos.
Biomoléculas
Biomoléculas são compostosquímicos sintetizados por seres vivos. A massa de um organismo
(exceptuando a água) resulta de quatro categorias de biomoléculas:
glícidos, lípidos, proteínas e ácidos nucleicos.
O carbono tem a propriedade única de poder estabelecer fortes ligações
a outros átomos de carbono e assim criar longas cadeias.
O carbono também pode estabelecer ligações fortes com outros não metais
Água – importância biológica
A vida na Terra pode ter-se originado na água.
Muitos seres vivos vivem na água.
Na constituição das células, bem como nos espaços
intercelulares, existe também muita água.
A água tem uma estrutura molecular simples.
Elevada coesão molecular
Ponto de ebulição elevado
O mais elevado calor
específico (quantidade de calor
necessária para alterar em 1°C
a temperatura da água)
de entre os líquidos vulgares
Intervém nas reacções químicas
Actua como
meio de difusão
de
muitas substâncias
É um
regulador da temperatura
Intervém em
reacções de
hidrólise
Excelente
solvente
(veículo de
nutrientes e produtos de
excreção)
Glícidos ou hidratos de carbono
São compostos ternários
(constituídos por carbono, oxigénio e hidrogénio).
Os átomos de oxigénio e hidrogénio, geralmente, apresentam-se
combinados na proporção de 1 para 2, como na água (hidratos de
carbono).
A glicose e outros açúcares que
reduzem os iões de ferro ou cobre são conhecidos por açúcares redutores. Esta propriedade é a base da reacção de Fehling, um teste qualitativo para a presença de açúcares redutores.
Glícidos – monossacarídeos
Os monossacarídeos (oses) são as unidades estruturais dosglícidos.
Apresentam-se como sólidos cristalinos, solúveis na água e de sabor doce.
São classificados, consoante o número de átomos de carbono em: - trioses (3C);
- tetroses (4C); - pentoses (5C); - hexoses (6C); - heptoses (7C).
Os mais comuns são as pentoses
e as hexoses.
As pentoses e as hexoses quando em solução aquosa, formam anéis fechados de cinco e seis átomos de carbono, respectivamente.
Glícidos - monossacarídeos
Glicose Glicose
Glícidos – monossacarídeos
Uma importantecaracterística destes
glícidos é a existência de um grupo aldeído (CHO) ou cetona (CO), além de diversos grupos
hidroxilos (OH). Por este facto, os
monossacarídeos podem também designar-se por
aldoses ou cetoses,
conforme o grupo químico que possuem.
Todos têm acção redutora, podendo identificar-se pelo
licor de Fehling (este,
quando reduzido, forma um (precipitado cor de tijolo)
Glícidos – monossacarídeos (pentoses)
Entre as pentoses destacam-se a
ribose e a desoxirribose, as quais entram na constituição dos
ácidos nucleicos.
A designação de desoxirribose
provém do facto desta pentose possuir menos um átomo de oxigénio do que a molécula da ribose.
Glícidos – oligossacarídeos
A ligação que une os doismonossacarídeos designa-se ligação glicosídica.
Na ligação glicosídica, como nas demais reacções de condensação, ocorre a remoção de uma molécula de água.
Dois monossacarídeos ligados formam um dissacarídeo. Se mais uma
monossacarídeo se ligar resulta um
trissacarídeo e assim sucessivamente. São oligossacarídeos as moléculas constituídas por 2 a 10
monossacarídeos.
Alguns dissacarídeos merecem uma referência especial: sacarose (açúcar de mesa), maltose (resulta da digestão do amido) e a lactose (açucar do leite).
Glícidos – dissacarídeos
A sacarose resulta da ligação de uma molécula de glicose a uma molécula de frutose. A maltose resulta da ligação de duas moléculas de glicose. A lactose resulta da ligação de uma molécula de glicose a uma molécula de galactose. Alguns dissacarídeos,Glícidos – polissacarídeos
Os polissacarídeossão polímeros de monossacarídeos, isto é, resultam da união de muitos monómeros através de ligações glicosídicas.São formados por cadeias lineares ou ramificadas. De entre os diversos polissacarídeos destacam-se, pela sua importância, o amido, o glicogénio e a celulose.
Glícidos – polissacarídeos (amido)
O amido é um polímero de glicose que constitui um importante material de reserva nas plantas.
É constituído por dois polímeros, amilose e
amilopectina, que diferem na estrutura da molécula.
A molécula de amilose não é ramificada, sendo constituída por moléculas de glicose. A amilopectina apresenta uma molécula compacta com muitos braços (ramificada) formados cada um por vinte a trinta
Glícidos – polissacarídeos (glicogénio)
O glicogénio é um polímero
de glicose, que constitui uma forma de reserva nos animais e em muitos fungos.
Nos vertebrados acumula-se no fígado e nos músculos. A estrutura do glicogénio assemelha-se à da
amilopectina, diferindo dela por ser maior, pois tem cerca de 30 000 moléculas de
glicose, e por ser mais ramificada.
Pode ser hidrolisado, por intermédio de enzimas.
Glícidos – polissacarídeos
(celulose)
A celulose também é um polímero de glicose.
Cerca de 50% do carbono das plantas faz parte da celulose (componente estrutural das paredes esqueléticas das células vegetais).
É constituída por longas cadeias de glicose em que os grupos hidroxilo projectados para fora dessas cadeias estabelecem ligações de hidrogénio
com outras cadeias. Esta associação de cadeias ligadas umas às outras forma
microfibrilas que, por sua vez, se associam constituindo macrofibrilas. A maior parte dos mamíferos não
Importância biológica dos glícidos
Os glícidos desempenham no organismo duas funções fundamentais:
Função energética – muitos monossacarídeos são utilizados directamente em transferências energéticas (a glicose é o principal nutriente utilizado na respiração celular). Alguns oligossacarídeos e polissacarídeos constituem uma reserva energética. É o caso da sacarose, amido e glicogénio.
Função estrutural – certos glícidos com a celulose (paredes celulares das células vegetais), a quitina (exosqueleto dos insectos) e outros desempenham funções estruturais.
Lípidos
Constituem um grupo de biomoléculas estruturalmente muito heterogéneo, do qual fazem parte as gorduras(animais e vegetais), ceras e
esteróides.
Geralmente são constituídos por C, H e O, mas também podem conter outros elementos, como S, P ou N.
A propriedade mais distintiva, comum a todos os lípidos, é a sua fraca solubilidade na água e a sua solubilidade em
solventes orgânicos como o éter, o clorofórmio e o benzeno. São variadas as classificações dos lípidos sob o ponto de vista químico.
Lípidos simples
Triglicerídeos
Os triglicerídeos são vulgarmente designados por gorduras.
Constituem um dos principais grupos de lípidos com funções de reserva. Na síntese de um triglicerídeo unem-se três moléculas de ácidos gordos
a uma molécula de glicerol. A molécula de um ácido gordo é constituída por uma longa cadeia linear de átomos de carbono (cadeia hidrocarbonada).
Nos ácidos gordos saturados todas as ligações entre os átomos de
Síntese e hidrólise de um triglicerídeo
São compostos celulares com função estrutural
particularmente importante ao nível das membranas celulares.
Os fosfolípidos mais comuns são os que
resultam de duas moléculas de ácidos gordos, uma molécula de glicerol, um
grupo fosfato e um
composto R, geralmente um composto de azoto.
São moléculas anfipáticas:
Lípidos complexos
São moléculas polares
constituídas por carbono, hidrogénio, oxigénio, fósforo e azoto.
A parte da molécula
formada pelo glicerol, pelo ácido fosfórico e pelo
composto azotado é
hidrofílica, solúvel na água e constitui a zona
carregada electricamente, designando-se por parte polar do fosfolípido.
A outra, constituída por
cadeias hidrocarbonadas
dos ácidos gordos,
electricamente neutra, é hidrofóbica, insolúvel na
água e constitui a parte não polar do fosfolípido.
Fosfolípidos
Moléculas anfipáticas
Composto azotado Ácido fosfórico Glicerol Ácidos gordosFosfolípidos
Importância biológica dos lípidos
Os lípidos constituem um dos grupos de compostos orgânicos vitais para os organismos. Destacam-se as seguintes funções:
- reserva energética: muitos lípidos constituem uma importante fonte de reserva de energia biológica. Os lípidos têm um poder calorífico superior ao dos glícidos. Quando se oxidam, as gorduras produzem, entre outras substâncias, água
(animais do deserto). Os animais que hibernam também armazenam gordura. As plantas geralmente armazenam lípidos, sob a forma de óleos, em sementes,
frutos e cloroplastos.
- função estrutural: alguns lípidos (fosfolípidos e colesterol) são importantes constituintes das membranas celulares.
- função protectora: há ainda lípidos (ceras) que revestem folhas e frutos das plantas, assim como a pele, pêlos e penas de muitos animais, tornando essas superfícies impermeáveis à água.
- função vitamínica e hormonal: há lípidos que têm uma actividade biológica específica muito importante, entrando na constituição de vitaminas (E e K) e fazendo parte de algumas hormonas (hormonas sexuais).
Reserva energética
Prótidos
Os prótidos são compostos quaternários, constituídos por C, O, H e N, podendo também conter outros elementos como S, P, Fe, Cu, Mg, etc.Constituem 16% do peso total e cerca de 50% do peso seco da matéria viva.
De acordo com a sua
complexidade, podem-se classificar em aminoácidos, péptidos e
proteínas.
Os aminoácidos são os prótidos mais simples, constituindo as
unidades estruturais dos péptidos e das proteínas (monómeros), já que podem ligar-se entre si (reacções de condensação), formando
Prótidos
Aminoácidos
Existem cerca de 20 aminoácidos
que entram na constituição dos prótidos de todas as espécies de seres vivos.
Todos possuem um grupo amina
(NH2), um grupo carboxilo
(COOH) e um átomo de
hidrogénio ligado ao mesmo átomo de carbono. Existe ainda uma
porção da molécula (R), que varia de aminoácido para aminoácido.
Prótidos
Péptidos
Os péptidos são o resultado da união entre dois ou mais aminoácidos, que se efectua através de uma ligação química covalente, denominada ligação peptídica.
A ligação peptídica estabelece-se entre o grupo carboxilo de um aminoácido e o grupo amina de outro. As duas moléculas assim ligadas constituem um
Prótidos
Péptidos
Os péptidos formados por dois aminoácidos
denominam-se dipéptidos, os que são formados por três, tripéptidos, e assim sucessivamente. As cadeias peptídicas podem conter mais de cem aminoácidos.
As que contêm entre 2 a 20 aminoácidos designam-se oligopéptidos, e as que ultrapassam esse número chamam-se
polipéptidos.
Por cada ligação peptídica estabelecida forma-se uma molécula de água, pelo que o número de moléculas de água eliminadas é igual ao número de aminoácidos que intervêm menos um.
A substituição de um aminoácido na cadeia pode
Prótidos
Péptidos
Apesar de serem apenas vinte, os aminoácidos que entram na constituição dos polipéptidos, sob o ponto de vista químico eles apresentam uma grande variabilidade. Para essa
variabilidade concorrem vários factores:
- podem conter apenas alguns ou então todos os vinte tipos diferentes de aminoácidos que existem na Natureza;
- o número de cada um dos aminoácidos é variável de acordo com o polipéptido;
- a sequência específica em que determinados números e tipos de aminoácidos se ligam em cadeia pode ser extremamente variada.
Em conclusão, podem considerar-se os
aminoácidos como os representantes de um «alfabeto» de 20 «letras». Com estas «letras» pode escrever-se uma infinidade de «palavras» diferentes, que são os polipéptidos.
Prótidos
Proteínas
As proteínas, polímeros de aminoácidos, são macromoléculas de elevada massa molecular.
São constituídas por uma ou mais cadeias polipeptídicas e possuem estruturas
tridimensionais bem definidas.
As proteínas podem apresentar vários níveis de organização – estrutura primária,
estrutura secundária, estrutura terciária e
estrutura quaternária.
A hidrólise de muitas proteínas conduz apenas à libertação de aminoácidos –
proteínas simples ou holoproteínas. Há, porém, proteínas que, por hidrólise,
Prótidos
Estrutura primária
Sequência linear de aminoácidos unidos por ligações peptídicas.
Trata-se de um tipo de organização muito
instável.
Estrutura secundária em hélice
Espontaneamente uma cadeia polipeptídica pode enrolar-se em hélice devido à
interacção entre diversas zonas da macromolécula.
São fundamentalmente ligações de
hidrogénio, que se estabelecem entre os átomos que compõem as ligações peptídicas. Esta estrutura confere às proteínas
estabilidade e uma forma alongada, sendo por isso designadas proteínas fibrosas
Estrutura secundária em folha pregueada
Esta estrutura pode formar-se entre várias cadeias
polipeptídicas dispostas
paralelamente e ligadas entre si por ligações de hidrogénio, como na seda da aranha, ou entre regiões de um mesmo polipeptídeo que se dobra sobre si
mesmo.
Estrutura das proteínas
Estrutura terciária
A estrutura secundária pode, ainda, dobrar-se sobre si própria, ficando com uma
forma globular
A a maior parte das proteínas, biologicamente activas, são
globulares.
As dobras são estabilizadas por ligações, incluindo pontes de hidrogénio e de dissulfito
que se estabelecem entre grupos SH que existem em certos aminoácidos, como a
cisteína, de uma mesma cadeia polipeptídica.
Estrutura quaternária
Várias cadeias polipeptídicas globulares organizam-se e estabelecem ligações entre si A hemoglobina tem uma estrutura quaternária, pois resulta da organização de quatro cadeias polipeptídicas.
Estrutura quaternária
Estrutura quaternária da hemoglobina
A hemoglobina, como se trata de uma
proteína conjudada, além de quatro cadeias polipeptídicas,
apresenta quatro
grupos heme (cada grupo contem ferro).
Desnaturação das proteínas
As proteínas quandosubmetidas a determinados agentes, como o calor, a
agitação, a variação do pH, radiações, etc., deixam de exercer as suas funções biológicas.
A acção daqueles agentes, rompendo certas ligações responsáveis pela
manutenção da estrutura, provoca a desnaturação da proteína.
As proteínas desnaturadas deixam de exercer as suas
• Função estrutural – fazem parte da estrutura de todos os constituintes celulares
• Função enzimática – actuam como biocatalisadores de quase todas as reacções químicas que ocorrem nos seres vivos
• Função de transporte – transportam muitos iões e moléculas pequenas (ex. hemoglobina oxigénio)
• Função hormonal – muitas hormonas têm constituição proteíca (ex. insulina, adrenalina,...)
• Função imunológica – certas proteínas altamente específicas
reconhecem e combinam-se com substâncias estranhas ao organismo (anticorpos)
Existem dois Tipos:
. ácido desoxirribonucleico – DNA
. ácido ribonucleico – RNA
Ácidos nucleicos – macromoléculas de informação
Constituintes químicos:
. Ácido fosfórico – confere as características ácidas aos ácidos nucleicos
São as biomoléculas mais importantes do controlo celular pois contêm a
As unidades básicas
(monómeros) destes
polímeros são
nucleótidos
.
Cada nucleótido é
constituído por um
grupo
fosfato
, uma
pentose
(5C)
e uma
base azotada
.
Os núcleótidos são
designados pela base
azotada que entra na sua
constituição (
nucleótido
adenina
, ...)
Os nucleótidos podem
unir-se constituindo
cadeias
polinucleotidicas
Ácidos nucleicos – macromoléculas de informação
Ácidos nucleicos – macromoléculas de informação
Bases azotadas pirmídicas
Bases azotadas púricas
