Constituintes Celulares, Esquemas de Biologia

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18 de Fevereiro de 2011

Biologia e Geologia | Ana Margarida Raposo nº3, 10ºE

CONSTITUINTES CELULARES

Escola Secundária de Camões

2ºperíodo – Ano lectivo 2010/

Constituintes celulares

• Introdução Índice
• Constituintes básicos.....................................................................................................................
  • Água...........................................................................................................................................
  • Tipos de biomoléculas (macromoléculas biólogicas)
    • Prótidos
    • Glícidos
    • Lípidos
    • Ácidos nucleicos
• Conclusão
• Referências bibliográficas

Constituintes celulares

Constituintes básicos

A unidade biológica da célula não se limita a características estruturais e funcionais, uma vez que ela também se revela a nível molecular.

Apesar da sua enorme diversidade, todas as células apresentam grandes semelhanças entre si, o que bem traduz a sua origem comum. Por isso mesmo, a constituição química é de certo modo constante, tanto no mundo vegetal como no mundo animal.

Da constituição das células também fazem parte vários sais minerais, como sais de sódio, potássio, cálcio, magnésio, ferro, cloro, enxofre, fósforo, que embora presentes em menores quantidades, desempenham um importante papel para uma série de funções vitais.

Em média, a percentagem de peso para uma bactéria e para o homem é:

Elementos Bactéria Homem

Oxigénio 73,68 62, Carbono 12,14 19, Hidrogénio 9,94 9, Azoto 3,04 5, Fósforo 0,60 0, Enxofre 0,32 0, 99,72 97,

O restante é formado por elementos em pequenas quantidades – oligoelementos.

Peso (%) Água…………… Proteínas……… Ácidos nucleicos. Hidratos de carbono… Lípidos………. Iões inorgânicos… Outros…

Constituintes celulares

Todos estes elementos químicos se encontram geralmente combinados entre si, formando uma enorme variedade de moléculas, quer simples quer complexas. No entanto, a composição molecular é muito semelhante em todas elas, independentemente da sua variedade específica.

A água é um dos componentes mais abundantes nos seres vivos, ultrapassando 2/3 do seu peso total.

Os iões inorgânicos constituem apenas uma pequena porção, embora importante e indispensável aos diferentes processos biológicos.

Os compostos orgânicos são os componentes celulares que caracterizam verdadeiramente a matéria viva. Por isso as moléculas destes compostos são designadas por biomoléculas. Estas possuem uma enorme variedade, bem como uma grande complexidade.

Os compostos orgânicos (polímeros) podem agrupar-se em quatro tipos fundamentais: os glícidos, os lípidos, os prótidos e os ácidos nucleicos, que são constituídos por unidades mais simples, os monómeros.

Água

A água é o composto mais importante nas células, podendo atingir 75 a 90 % da massa total da célula, o que faz com que a maioria do meio celular seja uma solução aquosa.

Esta constitui o meio onde ocorrem todas as reacções celulares. Assim, é responsável pelas numerosas reacções químicas vitais. A água é um dos compostos mais abundantes e importantes nestas reacções, devido às suas propriedades, apesar de ser electronicamente neutra, apresenta polaridade.

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orgânicas, ou seja, a molécula é orgânica se possuir carbono na sua constituição.

As biomoléculas (compostos orgânicos) são elementos sintetizados por seres vivos, que participam da estrutura e do funcionamento da matéria viva, sendo indispensáveis à vida.

Quanto às características químicas destas moléculas, há uma predominância de ligações covalentes, uma vez que todos os seus constituintes possuem a capacidade de as formarem, criando moléculas estáveis.

As moléculas orgânicas apresentam-se nas células numa escala de complexidade crescente de acordo com a sua composição, forma e dimensão:

-As moléculas simples, correspondem a compostos que podem considerar-se como os “blocos de construção” das células. Nestas integram-se os monossacarídeos, o glicerol, os ácidos gordos, os aminoácidos e os nucleótidos.

-As macromoléculas, que resultam da união de moléculas simples. Aqui encontram-se inseridos os polissacarídeos, os lípidos, as proteínas e os ácidos nucleicos.

-Os complexos macromoleculares, resultantes da união de várias macromoléculas. Estes podem ser, as lipoproteínas, os ribossomas e os complexos enzimáticos. Nestes complexos, não há ligações covalentes fortes, o que faz com que sejam compostos com alguma instabilidade.

Quando os monómeros se unem, formam complexas cadeias de polímeros. Este processo é denominado de polimerização, e quando se dá esta reacção, ocorre a formação de uma molécula de água.

Quando, pelo contrário, o polímero se desdobra em monómeros, a reacção designa-se por despolimerização, na qual ocorre a ruptura devido a libertação de uma molécula de água.

As funções destas biomoléculas são variadas e incluem: funções estruturais, energéticas, enzimáticas, de armazenamento e transferência de informação.

Assim, estas macromoléculas biológicas, são material fundamental na constituição celular, sendo que os polissacarídeos e os lípidos são os principais constituintes energéticos, as proteínas a base estrutural e funcional

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da célula e os ácidos nucleicos responsáveis pela informação genética que sintetiza as proteínas.

Prótidos

Os prótidos são os compostos orgânicos quaternários, essencialmente constituídos por carbono, hidrogénio, oxigénio e azoto. No entanto podem também conter outros elementos, como enxofre, fósforo, magnésio, ferro e cobre.

Os prótidos são compostos orgânicos azotados, que de acordo com a sua complexidade, se podem classificar-se em aminoácidos, péptidos e proteínas.

Os aminoácidos são os prótidos mais simples e são os constituintes estruturais dos péptidos e das proteínas, umas vez que se podem ligar entre si, formando cadeias de tamanho variável.

Existem cerca de 20 aminoácidos que constituem os prótidos de todas as espécies de seres vivos. Todos eles possuem uma estrutura comum:

-Um grupo amina (NH 2 );

-Um grupo carboxilo (COOH)

-Um átomo de hidrogénio ligado ao átomo de carbono central

No entanto, há uma porção molecular (radical), que varia de aminoácido para aminoácido, e que permite estabelecer ligações com outros elementos.

Dos 20 aminoácidos existentes, 9 são considerados essenciais para a sobrevivência do homem, uma vez que sem a sua ingestão o seu organismo não é capaz de os sintetizar suficientemente. Caso estes não sejam correctamente introduzidos na dieta habitual podem registar-se situações graves de carência.

Caso haja excesso de ingestão de proteínas, haverá aminoácidos em excesso no organismo, em relação àqueles que são necessários para produzir ou substituir células. Deste modo, os aminoácidos em excesso são convertidos no fígado, em hidratos de

Constituintes celulares

As proteínas são fundamentais à vida, uma vez que são indispensáveis à estrutura e ao funcionamento dos seres vivos, visto que cada proteína desempenha o seu papel biológico. Deste modo, podem considerar-se as moléculas orgânicas mais importantes para a vida, pois desempenham várias funções ao nível celular.

Estas podem encontrar-se na carne, na clara do ovo, no peixe, entre outros.

Através da hidrólise, podemos compreender que há diferentes tipos de proteínas:

-As holoproteínas ou proteínas simples, que são apenas constituídas por aminoácidos;

-Heteroproteínas ou proteínas conjugadas, que contem uma porção não proteica denominada grupo prostético (de elementos orgânicos ou inorgânicos).

Proteínas conjugadas Grupo prostético Proteína Ácidos nucleicos Nucleoproteína Lípidos Lipoproteína Glícidos Glicoproteína Fosfatos Fosfoproteína Metais Metaloproteína

As estruturas proteicas são mantidas por interacções fracas, podendo ser por isso facilmente quebradas quando expostas ao calor, à agitação, a sais e ácidos. Através da rotura dessas ligações, as estruturas perdem a estrutura tridimensional, fazendo com que haja o rompimento das ligações peptídicas, e consequentemente dos enrolamentos que as mantém. A esse processo, dá-se o nome de desnaturação.

Visto que a importância biológica das proteínas é enorme, estas possuem várias funções.

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Função Proteína Localização

Enzimática (catalisadoras de reacções)

Pepsina Suco gástrico

Estrutural – função de suporte

Queratina Cabelo, unhas, garras

Defesas – opõem-se à entrada de organismos prejudiciais

Anticorpos Plasma, tecidos, secreções

Transporte – asseguram o transporte de elementos essenciais

Hemoglobina Sangue

Regulações – regulam o equilíbrio do organismo

Insulina Pâncreas

Contráctil – actividade muscular

Miosina Tecido muscular

Glícidos

Os glícidos ou hidratos de carbono são compostos orgânicos formados por carbono, oxigénio e hidrogénio.

Os glícidos são os componentes orgânicos mais abundantes na natureza e entre eles encontram-se os açúcares simples, os amidos e as celuloses.

De acordo com a sua complexidade, há três grupos de glícidos: os monossacarídeos, os oligossacarídeos e os polissacarídeos.

Monossacarídeos

Os monossacarídeos são açúcares simples de enorme importância biológica.

A terminação – ose, é característica dos açúcares e dos seus derivados.

Se estes contiverem um grupo aldeído (-CHO), designam-se por aldoses e se contém um grupo cetona (-CO-), designam-se cetoses.

Por outro lado, o número de átomos de carbono existentes na molécula dá- nos indicação do tipo de molécula. Assim, se possuir 5 carbonos é uma pentose e se possuir 6 é uma hexose.

Entre as pentoses, possuem grande importância a ribose e a desoxirribose (aldopentoses).

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Polissacarídeos

Constituem a maior parte dos glícidos naturais, uma vez que possuem um peso molecular elevado.

Entre estes, destacam-se o amido, o glicogénio e a celulose.

O amido, é um polímero natural, unicamente constituído por unidades de glicose. O amido é a principal forma de reserva de glicose nas plantas. É também um importante constituinte na dieta humana.

O glicogénio é um polímero de unidade glicosídica. É a principal forma de reserva da glicose nos animais, concentrando-se no fígado e nos músculos, onde se deposita.

A celulose é também um polímero de milhares de unidades de glicose. Possuem uma estrutura linear, mas nas ligações glicosídicas não há ramificações, o que faz com que seja constituída por um grande número de monómeros.

É o polissacarídeo estrutural mais importante das plantas, uma vez que lhe concede uma grande resistência, por não ser facilmente hidrolisada.

O homem possui enzimas que hidrolisam o amido com ligações simples, mas não a celulose. Pelo contrário, os ruminantes, possuem enzimas capazes de hidrolisar a celulose. Assim para estes, possui algum valor nutritivo.

Função Glícido Localização Amido Plastos (vegetal) Energética Glicogénio Grânulos das células hépaticas (animal) Laminarina Plastos (algas castanhas) Celulose Parede celular (vegetal) Estrutural Ácido murâmico Parede celular (bactérias) Quitina Carapaça dos insectos, parede celular dos fungos

Constituintes celulares

Lípidos

Constituem um grupo variado de compostos orgânicos de grande importância biológica, uma vez que possui uma enorme diversidade, das quais fazem parte as gorduras (animais e vegetais), as ceras e os esteróides. São essencialmente compostos por oxigénio hidrogénio e carbono, entre outros.

São substâncias praticamente insolúveis em água, o que os distingue da maioria dos outros compostos biomoleculares.

A natureza lipídica de uma substância reside no facto de ela não ser solúvel em água, mas sim em solventes não polares, ou seja, sendo hidrofóbica.

A natureza utiliza os lípidos como reservas energéticas, sob a forma de gorduras e óleos. De facto, quando as reservas de glicogénio estão totalmente cheias, o excesso de glicose transforma-se em gordura, pois é menos dispendioso armazená-la sob esta forma.

Os lípidos são essenciais ao nível biológico, uma vez que envolvem e isolam alguns órgãos vitais do corpo, protegendo-os de choques e ajudando-os a manter uma temperatura constante. São também componentes básicos ao nível das estruturas das membranas celulares.

As substâncias lipídicas compreendem três grupos distintos:

-Os lípidos simples ou de reserva, como as gorduras, as ceras e os óleos;

-Os lípidos compostos ou estruturais, como os fosfolípidos e os glicolípidos;

-Os compostos de natureza lipídica ou de função reguladora, como os terpenos, os esteróides e as vitaminas liposolúveis.

Lípidos simples ou de reserva

Alguns lípidos de reserva possuem dois componentes fundamentais, os ácidos gordos e o glicerol.

Constituintes celulares

Compostos de natureza lipídica ou de função reguladora

Estes compostos de natureza lipídica formam um grupo muito variado e muito importante, uma vez que intervém nos processos de regulação. Estes compreendem os terpenos e as hormonas sexuais - esteróides.

Os terpenos são compostos lipídicos formados por hidrocarbonetos não saturados. Estes são responsáveis pelos odores existentes nas flores e nas plantas. Através da sua destilação, obtém-se diversas fragrâncias, que podem ser utilizadas em perfumaria, culinária e medicina.

Os esteróides compreendem vários sub-tipos, e entre eles os mais importantes são, os ácidos biliares, as hormonas sexuais e as hormonas do córtex supra-renal. São formados por hidrocarbonetos saturados.

A maioria dos esteróides existe em mínimas quantidades nas células, mas há uma classe destas substâncias, os esteróis, que se encontra em grande abundância. Estes encontram-se em todas as plantas e animais.

Um exemplo destes esteróis é o colesterol, um produto normal no metabolismo celular. No entanto, encontra-se na origem de doenças cardiovasculares, através do espessamento das artérias.

Funções dos lípidos (quadro-resumo)

Função Lípido Localização Energética Triglicerídeos Sangue Fosfolípidos Membranas celulares Estrutural Lecticina Membranas das células nervosas Ceramida Membranas celulares Reguladora Testosterona (hormona Testículos

Parte hidrofílica

Parte hidrofóbica

Água

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sexual masculina) Progesterona (hormona sexual feminina)

Ovários

Ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos são polímeros de nucleótidos e são formados por uma base azotada, uma pentose e ácido fosfórico.

Há dois tipos de ácidos nucleicos e cada um desempenha funções importantíssimas na actividade celular, essencialmente em processos de controlo celular, o ácido desoxirribonucleico (DNA), e o ácido ribonucleico (RNA).

O ácido desoxirribonucleico encontra-se principalmente no núcleo da célula, sendo um componente essencial dos cromossomas. É no DNA que se guarda toda a informação genética, transmitida de geração em geração.

O ácido ribonucleico ou RNA encontra-se principalmente no citoplasma da célula, e intervém na síntese das proteínas, de acordo com a informação genética que recebe do DNA.

Os nucleótidos de todos os ácidos nucleicos compreendem três grupos de moléculas bem distintas: uma base azotada, uma pentose (açúcar) e ácido fosfórico.

As bases azotadas podem ser púricas (ou purinas), quando possuem dois anéis, como é o caso da adenina e da guanina, ou pirimídicas (ou pirimidinas), quando possuem apenas um anel, como é o caso da citosina, da timina e do uracilo.

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Um nucleótido é um éster do ácido fosfórico e de um nucleósido, onde se verifica a esterificação ao nível dos grupos OH, livres de pentoses com a perda de uma molécula de água.

O nome do nucleótido é incorporado pelo o nome da base azotada:

Ribonucleótidos Desoxirribonucleótidos Ácido adenílico Ácido desoxiadenílico Ácido guanílico Ácido desoxiguanílico Ácido citidílico Ácido desoxicitidílico Ácido uridílico Ácido desoxitimidílico

Ácido desoxirribonucleico ou DNA

É um polímero de nucleótidos, por isso um polinucleótido, que se forma através da ligação fosfodiéster, onde o ácido fosfórico se esterifica com o grupo OH da ribose do outro nucleótido, com a perda de duas moléculas de água.

Cada célula possui normalmente várias moléculas de DNA.

A sua estrutura particular está directamente relacionada com as suas propriedades genéticas. Nela se encontra toda a informação hereditária. Deste modo, a sua quantidade é directamente proporcional à complexidade do organismo.

O DNA possui duas estruturas:

-A estrutura primária, que corresponde ao conteúdo e à sequência dos nucleótidos constituintes. O DNA pode conter nucleótidos com bases azotadas de adenina, guanina, citosina e timina, numa sequência variável, mas que é extremamente importante.

-A estrutura secundária, que corresponde ao modo como as cadeias de nucleótidos se dispõem no espaço, em hélice dupla.

A grande variedade de moléculas de DNA deve-se ao grande número possível de sequências que as bases azotadas podem

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estabelecer num extenso polímero.

Desde modo, todos os seres vivos possuem na constituição das suas células, um grande número de bases azotadas:

Em percentagem (%)

Adenina Guanina Citosina Timina

Escherichia coli 24,7 26,0 25,7 23, Ouriço-do-mar 31,3 18,7 17,1 32, Homem 30,9 19,9 19,8 29,

O DNA possui uma estrutura helicoloidal, formada por duas cadeias de nucleótidos. Esta descoberta foi feita em 1953 por James Watson e Francis Crick.

A estrutura secundária do DNA é uma hélice dupla, semelhante à hélice α das proteínas. As duas cadeias são mantidas unidas por ligações de hidrogénio internas entre as bases azotadas (púricas e pirimídicas), que se projectam para o interior da hélice.

Este facto implica que a adenina se emparelhe com a timina, originando duas ligações de hidrogénio e que a guanina se emparelhe com a citosina para dar origem a três ligações de hidrogénio. Assim, estas ligações aos pares são complementares, o que faz com haja um maior número de ligações de hidrogénio, com uma aproximação máxima, de onde resultam fortes ligações.

A disposição das bases azotadas no interior da molécula resulta das suas características hidrofóbicas. Pelo contrário, as pentoses e os fosfatos situam-se à superfície da molécula estabelecendo ligações com a água, devido às suas características hidrofílicas.

O DNA possui uma função bioquímica extremamente importante. Por um lado transmite a informação genética de geração em geração, e por outros controla também a síntese das proteínas.

A transmissão da informação genética realiza-se principalmente no interior do núcleo da célula, através da replicação (mecanismo de duplicação) do DNA,