Constituintes básicos de uma célula

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1 Constituintes básicos de uma célula Biomoléculas As moléculas da vida São as moléculas constituintes dos seres vivos. São formadas principalmente por C e H, ainda que também possam estar presentes na sua constituição o O, N, P e S. Podem ainda conter outros elementos mas em menor proporção. Moléculas orgânicas: são compostos sintetizados por seres vivos e que participam da estrutura e do funcionamento da matéria viva. São exemplos: Glícidos, Lípidos, Proteínas, Ácidos Nucleícos (DNA, RNA) e metabólitos. Moléculas inorgânicas: compostos não sintetizados pelos seres vivos, mas que são muito importantes para eles, como a água, a biomolécula mais abundante, os gases (oxigénio, dióxido de carbono) e os sais inorgânicos.

2 A unidade biológica explicitada na célula não se limita apenas a características estruturais e funcionais; ela revela-se também a nível molecular. Compreender a base bioquímica dos diversos organismos é essencial à compreensão da Vida, da sua origem e da sua evolução. Todos os organismos, dos micróbios aos seres humanos, são formados, essencialmente, pelos mesmos elementos químicos, os quais incluem compostos inorgânicos e compostos orgânicos (algumas pequenas moléculas e macromoléculas).

3 Água Uma das substâncias mais simples, porém a mais importante. A água é a substância química mais abundante na natureza e nos seres vivos. Pensase que foi graças às propriedades da água que a vida foi capaz de surgir e de se desenvolver no nosso planeta. Muitos organismos ainda vivem na água e na constituição das células vivas, bem como nos espaços intercelulares, existe também muita água. A água é o composto mais importante nas células podendo atingir entre 75% a 90% do total da sua massa. Para além de constituir o meio onde ocorrem todas as reacções celulares, a água intervém em numerosas reacções químicas vitais, e actua como meio de difusão de muitas substâncias.

4 Água As propriedades da água residem no facto desta molécula, apesar de electricamente neutra, apresentar polaridade. Esta polaridade permite a ligação entre as moléculas de água, e também entre estas moléculas e outras substâncias polares, através de ligações por pontes de hidrogénio. A polaridade contribui ainda para o grande poder solvente da água, cujas moléculas são capazes de estabelecer ligações com diversos compostos orgânicos e inorgânicos, formando compostos mais estáveis. A água é considerada um solvente universal, actuando como dissolvente da maioria das substâncias celulares. Ligação ponte hidrogénio

5 Algumas Funções da Água 1. Intervém em numerosas reacções químicas vitais; 2. Intervém em reacções de hidrólise; 3. Actua como meio de difusão de muitas substâncias; 4. Actua como dissolvente da maioria das substâncias celulares (solvente universal); 5. Transporte de substâncias dentro ou fora da células; 6. Éuma via de excreção, ou seja, arrasta para fora do corpo as substâncias nocivas produzidas pelo indivíduo, assim como as que estão em excesso; 7. Actua no equilíbrio da temperatura dentro da célula (termorregulação), impedindo mudanças bruscas de temperatura, que afectam o metabolismo celular.

6 Macromoléculas Biológicas Alguns compostos orgânicos são constituídos por moléculas relativamente pequenas, enquanto que outros são moléculas muito grandes e complexas (macromoléculas) constituídas pela associação de várias moléculas unitárias. As macromoléculas são polímeros, isto é, cadeias com um grande número de unidades básicas, ou monómeros, unidos por ligações químicas. Nas células existem 4 grandes tipos de macromoléculas: Glícidos Lípidos Prótidos Ácidos Nucleícos. Monossacárídeos Ácidos gordos + Glicerol

7 Macromoléculas Biológicas Os monómeros unem-se e formam cadeias maiores, originando polímeros. Este processo denomina-se polimerização (condensação). Quando dois monómeros se ligam, ocorre a formação de uma molécula de H20. Por sua vez, quando um polímero se desdobra nos seus diversos monómeros, a reacção designa-se despolimerização (hidrólise), ocorrendo a ruptura devido àreacção do composto com a água.

8 Prótidos Os prótidos são compostos orgânicos quaternários constituídos por C, H, O e N (azoto), podendo também conter outros elementos como S, P, Mg, Fe e Cu. De acordo com a sua complexidade os prótidos podem ser classificados em: 1. Aminoácidos (unidades estruturais dos péptidos e das proteínas) ; 2. Péptidos (cadeias de 2 ou mais aminoácidos); 3. Proteínas (macromoléculas constituídas por cadeias peptídicas, associadas ou não a outros compostos orgânicos ou inorgânicos).

9 Aminoácidos Os Aminoácidos são os prótidos mais simples, constituindo as unidades estruturais dos péptidos e das proteínas, já que se podem ligar-se entre si, formando cadeias de tamanho variável. Conhecem-se muitos aminoácidos, mas apenas cerca de 20 aminoácidos entram na constituição de todos os seres vivos e todos eles possuem um Grupo amina (NH2), um Grupo carboxilo (ácido)(cooh) e um átomo de hidrogénio ligados ao mesmo átomo de carbono. Existe ainda uma porção da molécula (Radical) que varia de aminoácido para aminoácido.

10 Péptidos Os péptidos resultam da união entre dois ou mais aminoácidos, através de uma Ligação química covalente, denominada Ligação peptídica. A ligação peptídica estabelece-se entre o grupo carboxilo (COOH) de um aminoácido e o grupo amina (NH2) de outro aminoácido. Por cada ligação peptídica que se estabelece, formase uma molécula de água, pelo que o número de moléculas de H2O formadas éigual ao número de aminoácidos que intervêm menos um. Os péptidos formados por dois aminoácidos denominam-se Dipéptidos, os que são formados por três, Tripéptidos, e assim sucessivamente. As cadeias de peptídicas podem conter mais de cem aminoácidos. As que contém entre 2 a 20 aminoácidos designam-se Oligopéptidos e as que ultrapassam esse número chamam-se Polipéptidos.

11 Proteínas São macromoléculas constituídas por uma ou mais cadeias peptídicas e possuem uma estrutura tridimensional definida. As proteínas podem ter 4 tipos de estrutura dependendo do seu tipo de aminoácidos que possui, do tamanho da cadeia e da configuração espacial da cadeia polipeptídica:

12 Estrutura Quaternária da Hemoglobina

13 Proteínas - glicoproteínas, lipoproteínas, etc. As proteínas podem ser formadas apenas por aminoácidos (proteínas simples ou holoproteínas) ou podem conter uma porção não proteíca, denominada grupo prostético. Neste caso, as proteínas designam-se conjugadas ou heteroproteínas. De acordo com a natureza do grupo prostético são designadas de glicoproteínas, lipoproteínas, fosfoproteínas, etc.. Grupo prostético glicoproteína

14 Proteínas desnaturação das proteínas As estruturas das proteínas são mantidas por ligações fracas. Quando as proteínas são submetidas a determinados agentes, como a calor excessivo, agitação, radiações ou variações do ph, estas ligações podem ser quebradas. A quebra destas ligações altera a conformação normal das proteínas, levando a uma perda da sua função biológica. Diz-se que houve desnaturação. Na maioria dos casos as modificações são irreversíveis.

15 Função das Proteínas A importância biológica das proteínas éenorme, desempenhando funções cruciais em diversos processos biológicos. FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS Função Estrutural: fazem parte de todos os constituintes celulares. Por exemplo, a Queratina existe nos cabelos e unhas. Função Enzimática: actuam como enzimas em quase todas reacções químicas que ocorrem nos seres vivos. Exemplo: A pepsina existente no suco gástrico. Função de Transporte: muitos iões e moléculas pequenas são transportadas por proteínas. Exemplo: A Hemoglobina transporta O2 até aos tecidos. Função Imunológica (defesa): os anticorpos são proteínas. Função Motora: O tecido muscular é constituído por Miosina (proteína). Função de Reserva Alimentar Função Hormonal/Reguladora: algumas hormonas como a insulina e a adrenalina têm constituição proteíca.

16 Glícidos ou Hidratos de Carbono São compostos orgânicos ternários (constituídos por C, H e O). Nestas biomoléculas, os átomos de O e H apresentam-se geralmente combinados na proporção de 1 para 2, como na água, resultando desta particularidade o nome de Hidratos de Carbono. De acordo com a sua complexidade, consideram-se três grupos de glícidos: 1. Monossacarídeos ou Oses (são os glícidos mais simples) ; 2. Oligossacarídeos (constituídos por 2 a 10 monossacarídeos unidos entre si); 3. Polissacarídeos (constituídos por mais de 10 monossacarídeos). glucose

17 Monossacarídeos ou Oses São as unidades estruturais dos glícidos. São os glícidos mais simples e são frequentemente chamados de açucares simples. Atendendo ao número de átomos de C (entre 3 a 9) que os constituem, classificam-se em: Trioses (3C) Tetroses (4C) Pentoses (5C) Hexoses (6C) Heptoses (7C) Etc. As Pentoses e as Hexoses, como a glicose, a frutose e a galactose, são mais as frequentes nos seres vivos e importantes no mundo biológico. Tanto as pentoses como as hexoses podem representar-se por uma fórmula estrutural em cadeia aberta, mas geralmente em solução as moléculas tem fórmula estrutural cíclica, constituindo anéis fechados de cinco ou seis átomos de carbono.

18 Monossacarídeos ou Oses Entre as pentoses destacam-se a ribose e a desoxirribose (possui menos um átomo de O que a ribose), as quais entram na constituição dos ácidos nucleícos.

19 Oligossacarídeos São moléculas constituídas por 2 a 10 moléculas de monossacarídeos ligados entre si por um tipo de ligação covalente denominada ligação glicosídica. Duas moléculas de monossacarídeos ligadas por ligação glicosídica originam um dissacarídeo; três moléculas de monossacarídeos ligadas por ligação glicosídica originam um trissacarídeo e assim sucessivamente. Ligação glicosídica Ocorre condensação de 2 monossacarídeos. A Ligação glicosídica estabelece-se sempre entre os radicais OH com libertação de 1 molécula de água.

20 Oligossacarídeos Alguns dissacarídeos merecem uma referência especial: Sacarose: glicose+ frutose Maltose: glicose + glicose Lactose: glicose + galactose

21 Polissacarídeos São hidratos de carbono complexos, formados por cadeias lineares ou ramificadas com mais de 10 monossacarídeos. (por vezes possuem centenas ou milhares de monómeros). Os polissacarídeos mais comuns são: Celulose; Amido; Glicogénio. A Celulose é um componente estrutural da parede celular dos vegetais. O Glicogénio é um polímero de glicose que constitui uma forma de reserva energética nos animais e em muitos fungos. Nos vertebrados acumula-se principalmente nas células hepáticas e nas células musculares. O Amido é um polissacarídeo de reserva energética nas plantas.

22 Polissacarídeos O amido éconstituído por dois polissacarídeos: a amilose (molécula linear) e amilopectina (molécula ramificada). O Glicogénio éuma molécula muito ramificada. Podendo ter 20 a moléculas de glicose. A celulose é constituída por longas cadeias lineares de glicose formando fibras longas. A celulose, a amilose, a amilopectina e o glicogénio, apesar de serem todos polímeros de glucose, apresentam características e funções diferentes.

23 Função dos GLÍCIDOS Os glícidos são compostos orgânicos com uma importante variedade de funções, tais como: Função Energética / Reserva: muitos monossacarídeos são utilizados directamente em transferências energéticas. Alguns oligossacarídeos e polissacarídeos constituem reservas energéticas (exemplo: sacarose, amido, glicogénio). Função Estrutural: certos glícidos desempenham funções estruturais. (exemplos: a Celulose é constituinte das paredes celulares vegetais, a Quitina é um polissacarídeo constituinte do esqueleto externo de muitos crustáceos e insectos).

24 Lípidos Os lípidos constituem um grupo de moléculas muito heterogéneo, do qual fazem parte as gorduras (animais e vegetais), as ceras, os esteroídes (colesterol e hormonas sexuais), entre outras. Geralmente são compostos por O, H e C, mas também podem conter elementos como S, N ou P. A sua fraca solubilidade na água e sua solubilidade em solventes orgânicos, como o benzeno, o éter e o clorofórmio, são características comuns aos lípidos. De uma forma muito simples podemos classificar os lípidos em três grandes grupos, de acordo com a sua função: 1. Lípidos de reserva; 2. Lípidos estruturais; 3. Lípidos com função reguladora.

25 Lípidos de Reserva Os Triglicérideos constituem um dos principais grupos de lípidos com funções de reserva. Como componentes básicos, na sua constituição intervêm ácidos gordos e glicerol (um álcool). Triglicérido Os ácidos gordos são constituídos por uma cadeia linear de átomos de carbono (cadeia hidrocarbonada), com um grupo terminal carboxilo (COOH). Os ácidos gordos diferem entre si pelo comprimento da cadeia hidrocarbonada e pelo tipo ligações que se estabelecem entre os átomos de carbono.

26 Lípidos de Reserva Os ácidos gordos que possuem átomos de carbono ligados entre si por ligações duplas ou triplas, dizem-se insaturados. Nos ácidos gordos saturados, todos os átomos de carbono estão ligados entre si por ligações simples. Quanto maior for o número de ligações duplas existentes maior é a fluidez do respectivo lípido. Ligação dupla

27 Lípidos de Reserva O glicerol (ou glicerina), é um álcool que contém 3 grupos hidroxilo (HO), capazes de estabelecer ligações covalentes com os átomos de carbono do grupo hidroxilo (COOH) dos ácidos gordos. Esta ligação denomina-se Ligação Éster e, conforme se estabelece entre o glicerol e um, dois ou três ácidos gordos, assim se forma um monoglicérideo, um diglicérideo ou um triglicérideo. Ligação éster

28 Lípidos Estruturais Dentro dos lípidos estruturais, podem-se destacar, pela sua importância, os fosfolípidos, que são lípidos que contêm um grupo fosfato. São os principais constituintes das membranas celulares. A estrutura dos fosfolípidos resulta da ligação de uma molécula de glicerol com dois ácidos gordos e uma molécula de ácido fosfórico.

29 A Os fosfolípidos são denominados moléculas anfipáticas, isto é, possuem uma parte polar (hidrofílica) e uma parte apolar (hidrofóbica). Esta propriedade é muito importante na formação das membranas biológicas. Lípidos com função Reguladora Alguns lípidos intervém na regulação do organismo, como por exemplo, as hormonas sexuais testosterona e progesterona, que fazem parte do grupo dos esteroídes.

30 Funções dos Lípidos De entre as funções que este grupo de compostos orgânicos desempenham nos organismos podem destacar-se: Função Energética: Os Triglicérideos existem no sangue. (quando em excesso doença cardiovascular acumulação gordura nas paredes vasos sanguíneos); Função Estrutural: Os Fosfolípidos e Colesterol são constituintes das membranas celulares; Função Protectora: Ceras de revestimento de plantas e animais. Função Vitamínica: Constituição das vitaminas E e K; Função Reguladora / Hormonal: As Hormonas sexuais (Testosterona, Progesterona e Estrogénios).

31 Ácidos Nucleícos São as principais biomoléculas envolvidas em processos de controlo celular, pois contém a informação genética. Existem dois tipos de ácidos nucleícos: Ácido desoxirribonucleico (ADN ou DNA); Ácido ribonucleico (ARN ou RNA) Os ácidos nucleícos são polímeros cujas unidades básicas (monómeros) são nucleótidos. Estes nucleotídos podem unir-se sequencialmente por reacções de condensação constituindo cadeias polinucleotídicas..

32 Cada nucleotído é constituído por: Uma base azotada Uma Pentose (um açucar) (a desoxirribose no DNA e a ribose no RNA) Um grupo fosfato (que lhe confere características ácidas) Existem 5 bases azotadas diferentes, divididas em 2 grupos: Bases púricas ou de anel duplo: Adenina (A) e Guanina (G) Bases pirimídicas ou de anel simples Timina (T), Citosina (C) e Uracilo (U). As bases púricas são iguais no DNA e no RNA. Quanto às bases pirimídicas, a Timina (T) só existe no DNA e o Uracilo (U) Só existe no RNA. Os nucleótidos são designados pelo nome da base azotada que entra na sua constituição..

33 Diferenças entre DNA e RNA Uma molécula de DNA éconstituída por duas cadeias nucleotídicas unidas por pontes de hidrogénio formando uma dupla hélice. Uma molécula de RNA é um polímero de nucleotídos, geralmente de cadeia simples. Pontes de Hidrogénio Dupla Hélice de DNA Cadeia simples de RNA

34 Importância Biológica dos Ácidos Nucleícos Quer nos procariontes quer nos eucariontes o DNA éo suporte universal da informação genética, controlando a actividade celular e é responsável pela transmissão da informação genética de geração em geração. Cada organismo é único porque é portador de um DNA único, do ponto de vista informativo. O DNA e o RNA intervêm na síntese de proteínas.

35 Bom Estudo!