Aula 2. Composição Química das Células

Biotecnologia

Módulo 1

Prof.ª Chayane C. de Souza

Química da vidaA química que compõe as células de inicio é muito

especial, primeiro pelo fato de ser baseada em compostos de carbono, segundo porque ela

depende de reações químicas que ocorrem dentro da faixa de temperatura que ocorre na Terra.

Ligações químicasA matéria é formada por uma combinação

de elementos. A menor partícula do elemento é o átomo. As características das

substancias considerados não puros dependem da maneira em que os átomos

estas interligados.

Os componentes químicos das células são classificados em:

Inorgânicos Orgânicos Água CarboidratosSais minerais Lipídios

Proteínas Ácidos Nucléicos

Água e Minerais•A água compõe cerca de 70% do peso de uma

célula, devido a isto a maioria das reações ocorrem em meio aquoso;

•A água é o solvente universal;

•Vital para os organismos vivos;

•Solvente natural dos íons e meio de dispersão da maior parte das macromoléculas;

A água na célula é encontrada de duas formas:

Livre Ligada

95% da água é usada como solvente para solutos e como meio de dispersão do sistema

coloidal.

5% da água imobilizada no seio

das macromoléculas.

• A molécula de água é ligada por dois átomos de hidrogênio ligados por ligações covalentes com

um átomo de oxigênio.• Esta é considerada uma molécula polar com

distribuição desigual das cargas, capaz de formar 4 pontes de hidrogênio com outras

moléculas de água - necessita de uma grande quantidade de calor para a separação das

moléculas (100º C).

Sua quantidade varia de acordo com: Idade - Quanto mais jovem, maior a proporção

de moléculas de água ;(Embrião – 90 a 95% - diminui com o passar dos

anos) Metabolismo Quanto maior a atividade

metabólica (atividade do organismo ou da célula para obtenção ou transformação de energia) maior a quantidade de água.

(Células nervosas do cérebro – 78%)

Espécie - existem proporções específicas de moléculas (no homem, a água representa 70%

do peso do corpo);

- Em certos fungos, 83% do peso é de água;

- Em medusas (águas-vivas) 98% de água;

- Organismos mais "desidratados" - são as sementes e os esporos de vegetais - 10 a 20%

de água.)

Funções da água •Solvente universal - (dissolve a maioria dos

compostos, tanto dentro como fora das células);

•Transporte de substâncias - para os meios intra e extracelulares;

Hidrofóbicas- Medo de água;

Hidrofílicas- Amigo da água;

•Regulação térmica - auxilia através da transpiração o processo de regulação de

temperatura;

•Ação lubrificante articulações - água diminui o atrito, reduzindo desgaste ósseo ( o que poderia

provocar artrite reumática)

Desidratação

Perda excessiva de água faz com que o organismo fica com as funções vitais prejudicadas;

Causas:

•Ingestão insuficiente de água;

•Perda excessiva por transpiração;

•Eliminação de grande quantidade de urina (diabéticos);

•Diarréia, vômito.

Sais minerais

Encontrados de três maneiras no organismo: • Dissolvidos na forma de íons na água do

corpo;• Formando cristais, como o carbonato e o

fosfato de cálcio, presentes no esqueleto; • Combinados com moléculas orgânicas, como o ferro na molécula de hemoglobina, o

magnésio na clorofila e o cobalto na vitamina B12.

Na célula encontram se sais como:

• [K+ e Mg2+];

•Líquido extracelular - [Na+ e Cl-];

•Sais dissociados em ânions (Cl- ) e cátions (Na+, K+) são importantes para

manter a pressão osmótica.

Principais sais

Alguns são indispensáveis pequenas quantidades de: Manganês, cobre, cobalto, iodo, selênio, níquel, molibdênio e zinco - necessários para

atividade de enzimas.

Magnésio Atua como co-fator enzimático;

Fosfato Encontrado nos fosfolipídios e nucleotídeos;

Cálcio Encontram-se nas células que desempenham papel como transmissores de sinais.

Substâncias orgânicas

CARBOIDRATOS: (hidratos de carbono ou glicídios)

•Principal fonte de energia da célula;•Compostos orgânicos geralmente constituídos de:

C, H e O;•Constituintes estruturais das membranas celulares

e da matriz celular.

Na molécula de um carboidrato existe sempre:•Um grupo aldeído

• Um grupo cetona

Glicose- C6 H12 O6

Os glicídios são distribuídos em 4

grupos:

•Monossacarídeos

•Dissacarídeos

•Oligossacarídeos

•Polissacarídeos

Monossacarídeos - Carboidratos simples, que não sofrem hidrólise e são formados com uma molécula de açúcar.

Fórmula geral (CH2O)n.

n = pode variar de 3 a 7 (triose, tetrose, entre outros)

Ribose C5H10O5 Frutose C6H12O6

Componente estrutural do RNA.

Encontrado em frutas, cereais e

mel.

Dissacarídeo - Formados pela união de 2 monômeros de hexose, com perda de 1 mol de água.

Sacarose (glicose + frutose)

açúcar da cana e beterraba, função

energética;

Lactose (glicose + galactose)

açúcar do leite, função

energética;

Maltose (glicose + glicose) obtido por

hidrólise de amido, função

energética.

Oligossacarídeos

•Açucares formados pela união de dois a seis monossacarídeos;

•Não estão livres no organismo – ligados a lipídios e proteínas;

•Fazem parte de glicolipídios e glicoproteínas;

Glicolipídios – Carboidrato+

lipídios;

Glicoproteínas- Carboidrato +

proteína.

Polissacarídeos- Macromoléculas formadas por muitos monômeros de hexoses, com perda de mols de água.

Fórmula geral (C6H10O5)n

Glicogênio (em células animais)

Amido (vegetais)

Lipídeos• São moléculas orgânicas que resultam da associação entre ácidos graxos e álcool;

• Insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos (éter, álcool, benzina).

Funções• Reserva de energia ( densas camadas de gordura

permitem a sobrevivência de animais durante a hibernação)

• Isolantes térmicos (permitem a sobrevivência de animais em locais de baixa temperatura)

• Isolantes elétricos (papel importante na transmissão de impulsos nervosos)

• Lubrificantes nas articulações (assim como a água, evitam o atrito das articulações).

Lipídeos abundantes na célula:

Triglicerídios (trigliceróis) – triésteres dos ácidos graxos com glicerol, funcionam como reserva para o

organismo humano.

Fosfolipídios- Lipídios principais nas membranas celulares;

•Glicerofosfolipídios•Esfingofosfolipídios

Esteróides - Grupo de substâncias lipídicas formadas a partir de álcoois policíclicos, de

cadeia fechada: esteróis;

Dentre os vários tipos de esteróides destaca-se: colesterol que participa da composição

química da membrana das células;

• Principais esteróides do organismo: • Hormônios sexuais (estrógenos,

progesterona, testosterona);• Hormônios supra-renais (cortisol,

aldosterona)• Vitamina D.

Proteínas- Compostos orgânicos mais abundantes da

matéria viva. São formadas por unidades denominadas

aminoácidos.

Aminoácidos - ácido orgânico no qual o C unido ao grupo

carboxila (-COOH) está também ligado a um grupo

amina(-NH2)

Estes aminoácidos são organizados em quatro grupos:

•2 ácidos (ácido aspártico, ácido glutâmico)

•3 básicos (histidina, lisina, arginina)

•5 neutros e polares ou hidrofílicos

(serina, treonina, tirosina, asparginina, glutamina)

•10 neutros não-polares ou hidrofóbicos

(glicina, alanina, triptofano, valina, cisteína, leucina, isoleucina, fenilalanina, prolina, metionina).

Proteínas conjugadas- São compostas de um aminoácido e mais um componente não proteico;

•Glicoproteínas – associadas a carboidratos;

•Nucleoproteínas – associadas a ácidos nucléicos;

•Lipoproteínas – associadas a gorduras;

•Cromoproteínas – tem como grupo prostético um pigmento.

Hemoglobina ( proteína localizada nas células sanguíneas) e Mioglobina ( proteína encontrada no musculo

cardíaco e esquelético).

Estrutura proteica-

•Sequência primaria- sequencia linear de aminoácidos de uma cadeia proteica;

•Estrutura secundária- Aminoácidos que se organizam entre si na estrutura primária (Ex: Proteínas como o colágeno

dos ossos e a Fibrina do sangue);

•Estrutura terciária- é a forma que a proteína se organiza no espaço;

•Estrutura quaternária- União de varias moléculas proteicas.

• Forma da proteína- intimamente associada com sua função;

• Altera forma – altera papel biológico;

• Quantidade submetida a temperatura elevadas moléculas- Proteína se desnatura

estrutura química alterada.

Funções das Proteínas

Estrutural - Quando participam da estrutura das células ou dos tecidos em que ocorrem.

Colágeno: proteína de alta

resistência, encontrada na

pele, cartilagens,

ossos e tendões;

Miosina e Actina:

abundantes nos músculos, participam da

contração muscular;

Queratina: Impermeabilizante

encontrada na pele, cabelo e unhas, evita

dessecação, o que contribui para a adaptação do animal a vida

terrestre;

Hormonal – Produção de insulina, hormônio produzido no pâncreas que se relaciona com a manutenção da

glicemia.

Nutritiva - Proteínas – fontes de AA – requeridos pelo ser humano e outros animais;

Enzimática- Proteínas que atuam como moléculas reguladoras das reações biológicas. Ex: lipases

Defesa - Células capazes de “reconhecer” proteínas “estranhas” ao organismo – antígenos

Na presença dos antígenos, o organismo produz proteínas de defesa – anticorpos.

Enzimas: proteínas catalisadoras (aceleram as reações químicas responsáveis pela atividade metabólica de um organismo)

As enzimas devem:

•Aumentar a velocidade das reações. •Não alterar a natureza das reações.

•Pode diminuir a energia de ativação (EA).

Vantagens de as enzimas serem proteicas:

•Células podem sintetizar enzimas conforme a sua necessidade.

•Grande variedade (uma enzima para cada reação).

•Apresenta níveis de organização, podendo ser desnaturada quando necessário.

Ácidos nucléicos- são constituídos pela polimerização de unidade chamadas nucleotídeos. • Maiores moléculas encontradas no mundo vivo;• Responsáveis pelo controle dos processos vitais

básicos em todos os seres;

DNA RNA

DNA – Contém a informação genética.•Quando o DNA é copiado (transcrita) em moléculas de RNAm, cujas sequências de

nucleotídeos contém o código que estabelece a sequência dos AA nas proteínas.

•Por isso a síntese proteica é conhecida como tradução do DNA.

Ácidos Nucléicos tem em sua estrutura:

•Carboidratos (pentose)•Bases nitrogenadas (purinas e pirimidinas)•Ácido fosfórico

Diferenças entre DNA e RNA:

DNA – Tem desoxirribose e timina (T);

A molécula é dupla (2 cadeias polinucleotídicas);

RNA – Tem ribose e uracila (U).

A cadeia de DNA é composta por 2 fitas de nucleotídeos enroladas uma ao redor da outra (dupla hélice). As bases nitrogenadas de uma

hélice se unem as bases da outra hélice através de ligações de hidrogênio da seguinte maneira:

A-T (2 pontes de H)

C-G (3 pontes de H)

Cadeia 1 -

Cadeia 2 -

5’ T G C T G A C G T 3’

3’ A C G A C T G C A 5’

Características importantes do DNA•Autoduplicação ou replicação do DNA -

originando cópias exatas;

•Fundamental para a vida, pois permite que, após uma divisão celular, as células-filhas recebam as

mesmas instruções biológicas contidas nas moléculas de DNA da células-mãe.

Autoduplicação do DNA:•Rompimento das pontes de H que ligam as bases nitrogenadas;•Encaixe de nucleotídeos livres, já existentes na célula, nos nucleotídeos dos filamentos que se separam do DNA;•Formação de 2 moléculas novas de DNA.

RNA -Constituído por uma única cadeia de nucleotídeos (fita simples).

Função: síntese de proteínas

Existem 3 tipos principais:

RNAm

RNAr

RNAt

Síntese de RNA - Rompimento das pontes de H do DNA;

Encaixe dos nucleotídeos livres de RNA (semelhante ao processo de duplicação do DNA) - onde no DNA

ocorreria o encaixe da T – no filamento de RNA encaixa-se sempre a U;

O encaixe dos nucleotídeos de uma determinada molécula de RNA ocorre apenas sobre uma das fitas do DNA - “fita-molde” - RNA constituído apenas por uma fita de nucleotídeos.

RNAm leva a informação genética (copiada do DNA) que estabelece a sequência de AA da proteína;

RNAr representa 50% da massa do ribossoma, que é a estrutura que proporciona o apoio molecular para as reações

químicas que originam a síntese de proteína;

RNAt identificam e transportam os AA até o ribossoma.

Dúvidas??

chayane.souza@ifsc.edu.br