BASES MACROMOLECULARES DA CONSTITUIÇÃO CELULAR As moléculas que constituem as células são formadas pelos mesmos átomos encontrados nos seres inanimados. Todavia, na origem e evolução das células, alguns tipos de átomos foram selecionados para a constituição das biomoléculas. Noventa e nove por cento da massa das células são formados de hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio, enquanto, nos seres inanimados da crosta terrestre, os quatro elementos mais abundantes são oxigênio, silício, alumínio e sódio. Excluindo-se a água, existe nas células predominância absoluta dos compostos de carbono, extremamente raros na crosta da Terra. Portanto, a primeira célula e as que dela evoluíram selecionaram os compostos de carbono (compostos orgânicos), cujas propriedades químicas são mais adequadas à vida. As macromoléculas existem nas células com grande diversidade não só quanto ao seu tamanho, mas, principalmente, quanto à variedade dos seus monômeros constituintes. Os biopolímeros de maior importância são as proteínas, constituídas por aminoácidos; os polissacarídeos, que são polímeros de monossacarídeos; e os ácidos nucléicos (DNA e RNA), formados por nucleotídeos. Moléculas menores como lipídios, água, sais minerais e vitaminas também têm relevante papel na constituição e funcionamento das células. A diversidade estrutural e funcional de um polímero depende da variedade de seus monômeros. Na constituição das proteínas participam 20 aminoácidos diferentes, enquanto os ácidos nucléicos são formados por apenas cinco tipos de nucleotídeos (monômeros). Por isso, as proteínas têm maior polimorfismo e, conseqüentemente, maior diversidade funcional do que os ácidos nucléicos. As PROTEÍNAS são macromoléculas que contém um número variável de L- aminoácidos, unidos por ligações peptídicas. São, portanto, polímeros de aminoácidos. As cadeias assim constituídas chamam-se cadeias polipeptídicas e, ao atingirem certa dimensão, 1
recebem o nome de proteína. As proteínas podem ser classificadas em duas categorias. As proteínas simples, cujas moléculas são formadas exclusivamente por aminoácidos, e as proteínas conjugadas, que se caracterizam pela presença, em suas moléculas, de uma parte não-protéica denominada grupo prostético. A forma tridimensional da molécula de uma proteína está relacionada com a sequência de aminoácidos e com o número de cadeias polipeptídicas que constituem sua molécula. Há proteínas cuja molécula tem apenas uma cadeia polipeptídica, enquanto outras possuem múltiplas cadeias, em geral umas diferentes das outras. Do ponto de vista biológico, o conhecimento da forma tridimensional das moléculas protéicas em estado nativo (configuração nativa) é muito importante, pois é assim que, dentro da célula, as moléculas mostram atividade e interagem umas com as outras. A estrutura das moléculas protéicas é mantida pelas seguintes forças de estabilização: Ligação peptídica, que é resultante de ligação covalente; Interação hidrofóbica; Pontes de hidrogênio; Ligações dissulfeto ou S-S, que são ligações covalentes entre moléculas do aminoácido cisteína. O número e a sequência dos resíduos aminoácidos em uma cadeia polipeptídica determinam a estrutura primária da proteína. A estrutura primária é mantida por ligações peptídicas, mas, se estas fossem as únicas ligações existentes, as moléculas das proteínas seriam dobradas ao acaso, irregularmente. A cadeia contendo a estrutura secundária dobra-se novamente sobre si mesma, formando estruturas globosas ou alongadas, adquirindo assim uma estrutura terciária. Através da organização protéica quaternária, formam-se diversas estruturas de grande importância biológica, como os microtúbulos, microfilamentos, capsômeros dos vírus e os complexos enzimáticos. As enzimas são moléculas protéicas dotadas da propriedade de acelerar intensamente determinadas reações químicas, tanto no sentido da síntese como no da degradação de moléculas. São elas as principais responsáveis pela eficiência da maquinaria química 2
intracelular. Além da rapidez, as sínteses enzimáticas apresentam alto rendimento, no final da reação gera-se apenas o produto desejado ou alguns produtos, mas todos úteis às células. A atividade das enzimas, muito sensível a diversos agentes químicos e físicos, é capaz de ser inibida de várias maneiras. A inibição pode ser competitiva ou não-competitiva. Um dos principais agentes físicos que inibem as enzimas é a temperatura, o frio deprime a atividade enzimática, retardando os processos de lise celular e as deteriora. Inibição competitiva: Quando uma substância resistente à ação enzimática, porém de molécula muito parecida com a do substrato da enzima, se fixa nos centros ativos da molécula enzimática, diz-se que a inibição é competitiva. Nesse caso, o inibidor compete com o substrato para se localizar no centro ativo, e o grau de inibição é influenciado pela concentração do substrato. Quanto maior a concentração do substrato, menor será a probabilidade de o inibidor se chocar com as moléculas da enzima e ocupar seus centros ativos. Inibição não-competitiva: Esse tipo de inibição não é afetado pela concentração do substrato, dependendo exclusivamente da concentração do inibidor. Ocorre inibição nãocompetitiva quando a enzima precisa de certos íons e estes são removidos da solução. Na célula viva, a maioria das enzimas funciona em sequência, de modo que o produto resultante da ação de uma enzima é o substrato para a enzima seguinte. Esse conjunto de enzimas trabalhando em cooperação é denominado cadeia enzimática. 3
Um sistema muito eficiente e frequente nas células é o representado pelos complexos de moléculas enzimáticas. Nele, todas as enzimas da cadeia se associam para formar um conjunto de moléculas que se mantêm unidas por forças químicas fracas (estrutura protéica quaternária). As cadeias enzimáticas mais bem organizadas e, mais eficientes são as que estão ligadas a membranas, por exemplo, a cadeia das enzimas respiratórias (transportadoras de elétrons) que estão presas à membrana interna das mitocôndrias. Nesses casos não há separação entre molécula enzimática e molécula estrutural, pois as diferentes proteínas são, ao mesmo tempo, parte da membrana e também dotadas de atividade enzimática. Certas enzimas existem sob formas moleculares ligeiramente distintas nos diversos tecidos, ou na mesma célula de determinada espécie. Nesses casos, a molécula da enzima é constituída por cadeias polipeptídicas (monômeros) diferentes, agrupadas em proporções variáveis. As diferenças de atividade entre as enzimas são consequência das diversas proporções dos monômeros em suas moléculas. As enzimas de uma mesma espécie que atacam o mesmo substrato, mas, que exibem diferenças na atividade, no ph, na mobilidade eletroforética, são chamadas isoenzimas. Os ÁCIDOS NUCLÉICOS são constituídos pela polimerização de unidades chamadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo contém resíduos de uma molécula de ácido fosfórico, uma de pentose e uma de base púrica ou pirimídica. As células contêm quantidades relativamente grandes de nucleotídeos livres, desempenhando, sobretudo as funções de coenzimas. Os ácidos nucléicos são moléculas informacionais que controlam os processos básicos do metabolismo celular, a síntese de macromoléculas, a diferenciação celular e a transmissão do patrimônio genético de uma célula para as suas descendentes. A molécula de RNA é um filamento único, e só existe sob a forma de filamentos duplos complementares. Do ponto de vista funcional e estrutural, se distinguem três variedades principais de ácido ribonucléico: * RNA de transferência ou trna: Sua função é transferir os aminoácidos para as posições corretas nas cadeias polipeptídicas em formação nos complexos de ribossomos e RNA mensageiro (polirribossomos). Possui a propriedade de se combinar com aminoácidos e é capaz de reconhecer determinados locais da molécula do mrna constituídos por uma seqüência de três bases. * RNA mensageiro ou mrna: É sintetizado nos cromossomos, como os demais RNAs da célula, e representa a transcrição de um segmento de uma das cadeias da hélice de DNA.. A molécula de mrna é bem maior do que a de proteína por ele formada, porque são necessários três nucleotídeos para codificar um aminoácido. * RNA ribossômico ou rrna: é muito mais abundante do que os outros dois tipos de RNA, constituindo 80% do RNA celular. Existe combinado com proteínas, formando partículas facilmente visíveis ao microscópio eletrônico e denominadas ribossomos. Quando presos a 4
filamentos de RNA mensageiro, os ribossomos formam os polirribossomos, onde tem lugar a síntese de proteínas. Existem no citoplasma muitos RNAs diferentes, necessários para a síntese das numerosas proteínas celulares. Os compostos de carbono extraídos de células e tecidos por solventes orgânicos nãopolares são chamados LIPÍDIOS. Em virtude de serem definidos por sua solubilidade nesses solventes e não pela estrutura química, o grupo dos lipídios compreende substâncias com moléculas muito diferentes. De acordo com suas funções principais, os lipídios celulares podem ser divididos em duas categorias: lipídios de reserva nutritiva e lipídios estruturais. Eles têm papel relevante na manutenção da estrutura das membranas celulares. Os Lipídios de reserva nutritiva se compõem de gorduras neutras; enquanto os Lipídios de reserva estruturais são componentes estruturais de todas as membranas celulares como membrana plasmática, envoltório nuclear, retículo endoplasmático, aparelho de Golgi, mitocôndrias entre outras; que por sua vez são mais complexos do que os de reserva nutritiva. Os lipídios têm menor diversidade funcional do que as proteínas e polissacarídeos. Suas principais funções são energéticas e estruturais; e a atividade informacional é restrita a alguns hormônios esteróides. 5
Os POLISSACARÍDEOS são polímeros de monossacarídeos. Há polissacarídeos com moléculas lineares, enquanto outros têm moléculas ramificadas. A molécula de alguns polissacarídeos é constituída pela repetição de um único tipo de monossacarídeo. São os polissacarídeos simples ou homopolímeros. Os polissacarídeos associados à superfície externa da membrana celular desempenham papel estrutural e informacional, muitas vezes fazendo parte das moléculas dos receptores. São encontrados também como reserva nutritiva, que a célula utiliza quando há necessidade metabólica. Bibliografia Junqueira e Carneiro, Biologia Celular e Molecular; 8ª edição, capitulo 3, páginas 39 62. 6