TABELA 1 — Substâncias inorgânicas

Água

Substância mais abundante, suas moléculas polares comportam-se como pequenos ímãs, atraindo-se umas às outras por meio de ligações de hidrogênio, que garantem coesão molecular. Na superfície da água, as moléculas coesas formam uma película, mantida pela tensão superficial. Seu teor varia de acordo com a espécie, com a idade (diminui com o envelhecimento) e com a taxa metabólica do tecido (mais ativo, mais água).

Dissolve substâncias, facilitando a ocorrência de reações químicas

Meio para a ação enzimática

Proteção térmica

Veículo de transporte, compondo o sangue dos animais e a seiva das plantas

Participa de reações de hidrólise (quebra de substâncias) e de desidratação (síntese de substâncias)

Sais minerais

Requeridos em pequenas concentrações, geralmente são encontrados na forma iônica. Regulam a quantidade de água nas células, relacionam-se com o equilíbrio elétrico e com a manutenção do pH celular e agem como cofatores enzimáticos, ativando enzimas.

Sódio e potássio → condução dos impulsos nervosos

Cálcio → componente esquelético, participa da coagulação do sangue e da contração muscular

Ferro → componente da hemoglobina, que transporta oxigênio pelo sangue

Magnésio → componente da clorofila, importante para a fotossíntese

Fosfato → relacionado com o uso de energia (ATP), componente dos ácidos nucleicos

Fundamentos químicos

da vida1. A química da vida

Mais de 96% da matéria viva é composta por átomos de carbono, hidro-gênio, oxigênio e nitrogênio, que se organizam para formar dois tipos dife-rentes de substâncias: substâncias inorgânicas (como a água e os sais mine-rais), que são pouco complexas e pobres em energia, e substâncias orgânicas (como os carboidratos, os lipídios, as proteínas e os ácidos nucleicos), que são complexas e ricas em energia.

TABELA 2 — Substâncias orgânicas

Carboidratos

Constituídos por carbono, hidrogênio e oxigênio. Classificam-se em monossacarídios, oligossacarídios (união de duas a dez unidades de monossacarídios) e polissacarídios (união de muitas moléculas de monossacarídios).

Glicose (monossacarídio): principal fonte de energia das células

Sacarose (dissacarídio): açúcar da cana e da beterraba

Amido e glicogênio (polissacarídios): reserva de energia em vegetais e animais, respectivamente

Celulose e quitina (polissacarídios): componentes estruturais em vegetais e animais, respectivamente

Lipídios

Substâncias diversificadas, insolúveis em água, mas solúveis em solventes orgânicos, como éter, benzeno e clorofórmio.

Óleos e gorduras (triacilgliceróis): reserva de energia

Fosfolipídios: papel estrutural

Colesterol: papel estrutural e precursor de hormônios sexuais

Ceras: impermeabilizantes

4

2. ProteínasSão macromoléculas formadas pela reunião de ami-

noácidos, cada qual composto por um átomo de carbono central, ao qual se ligam um grupo amina, um grupo car-boxila, um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral ou radical (representada por R). Os aminoácidos diferem entre si pelo grupo R, que pode ser um átomo de hidrogênio, como no aminoácido glicina, um grupo — CH

3, como na ala-

nina, ou grupos mais complexos. A união entre moléculas de aminoácidos ocorre por meio de ligação peptídica, com liberação de uma molécula de água, formando-se cadeias polipeptídicas.

H2N — C — C — N — C — C

H

R O

H H

R O

OH

H2N — C — C N — C — C

H2O

O H

HOHH

R

H

R O

OH

Ligação peptídica

Dipeptídio

As proteínas desempenham múltiplas funções: exis-tem as estruturais (colágeno, queratina), as enzimas (amilase, tripsina), as protetoras (anticorpos), os hormô-nios (insulina, prolactina), as contráteis (actina, miosi-na), as transportadoras (hemoglobina), as de reserva energética (albumina), as receptoras (situadas na mem-brana plasmática).

Estrutura das proteínasFigura 1

Lys Lys Gly Gly Leu Val Ala HisEstrutura primária

Estruturasecundária

Estrutura terciária

Estrutura quaternária

a

b

c

d

(a) Estrutura primária: sequência linear dos aminoácidos. (b) Estrutura se-cundária: forma helicoidal, mantida por ligações de hidrogênio entre os aminoácidos. (c) Estrutura terciária: conformação tridimensional, mantida por ligações de hidrogênio e outros tipos de interação. (d) Estrutura quater-nária: conjunto de cadeias polipeptídicas com estrutura terciária, como ob-servado, por exemplo, na hemoglobina.

As proteínas diferem quanto ao número, ao tipo e à sequência de seus aminoácidos, que são classificados em naturais (sintetizados pelo organismo) e essenciais (não sintetizados, sendo obtidos na alimentação).

Figura 2

Conformação normalMolécula desnaturada

Desnaturação

Renaturação

Desnaturação é a alteração, reversível ou não, da conformação normal de uma molécula de proteína, em razão de mudanças do meio (temperatura, pH), o que altera suas propriedades e atividade.

As alterações da estrutura primária resultam em mu-danças das estruturas secundária, terciária e quaternária. Na anemia falciforme, a troca de apenas um dos amino-ácidos em um tipo de cadeia da hemoglobina modifica seu funcionamento. Os glóbulos vermelhos que contêm hemoglobina alterada perdem seu aspecto normal, de disco bicôncavo, e assumem o formato de foice em baixas concentrações de oxigênio.

EnzimasSão proteínas especiais que atuam como catalisado-

res biológicos, aumentando a velocidade das reações metabólicas, que passam a acontecer em ritmo compa-tível com a vida. As enzimas oferecem aos reagentes — denominados substratos — um sítio tridimensional cha-mado centro ativo, onde eles se encaixam de modo preciso e específico, passando a reagir de forma mais eficiente.

Figura 3

Centroativo

Enzima +

substrato

Complexo enzima-substrato

Enzima +

produtos

a

c

b

Mecanismo de ação enzimática: (a) o substrato e a enzima têm formas complementares; (b) o substrato se encaixa no centro ativo da enzima, formando-se um complexo enzima-substrato (modelo chave-fechadura); (c) o substrato reage e libera os produtos da reação, ficando a enzima dis-ponível para catalisar nova reação.

5

A ação de uma enzima pode ser afetada pelo pH, pela temperatura e pela concentração do substrato.

pH ótimo para a pepsina(enzima digestiva de

ação estomacal)

pH ótimo para a tripsina(enzima digestiva de

ação intestinal)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

pH

Ve

loci

da

de

da

rea

ção

Ve

loci

da

de

da

rea

ção

0 20 40 60 80 100Temperatura (°C)

Temperatura ótimapara uma enzima de bactéria termofílica(tolerante ao calor)

Temperatura ótimapara uma enzima

humana típica

Velocidade da reação

Máx.

Concentração do substrato

Ponto ótimo é o valor de pH ou de temperatura em que a velocidade de uma reação catalisada por enzima é máxima, ou seja, a enzima tem ação mais eficiente. Concentração saturante é a concentração de substrato em que todas as moléculas de enzima estão com seus centros ativos ocupados. A partir desse valor, a velocidade da reação é máxima e constante.

3. Ácidos nucleicosSão macromoléculas formadas pela reunião de nu-

cleotídios, cada qual composto por uma pentose (mo-nossacarídio de cinco carbonos) à qual se prendem um grupo fosfato e uma base nitrogenada. As ligações en-tre os nucleotídios ocorrem entre o grupo fosfato de um nucleotídio e a pentose do seguinte, com saída de uma molécula de água, gerando longas cadeias filamentosas.

TABELA 3 — Diferenças entre DNA e RNA

DNA RNA

Pentose Desoxirribose Ribose

Bases pirimídicas

Citosina e timina Citosina e uracila

Cadeias Duas Uma

LocalizaçãoPrincipalmente no núcleo

Núcleo e citoplasma

FunçõesHereditariedade e controle da estrutura e da atividade celular

Síntese de proteínas

Dupla-héliceSegundo o modelo de Watson e Crick, a molécula de

DNA é formada por duas cadeias de nucleotídios, unidas por bases nitrogenadas pareadas. Dentro da célula, a molé-cula apresenta-se enrolada, como uma dupla-hélice ou es-cada torcida, em que os corrimãos são as sequências de fosfato e desoxirribose e os degraus são os pares de bases.

Figura 4

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

T

A

A

C

G

G

C

T

G

G

Representação esquemática de molécula de DNA, com duas cadeias com-plementares de nucleotídios. Em virtude do emparelhamento de bases, se uma cadeia tem a sequência ATTCGTAGC, a cadeia complementar terá a sequência TAAGCATCG.

6

A existência do pareamento de bases faz com que, em toda molécula de DNA, as quantidades de bases pa-readas sejam equivalentes, ou seja, A ∙ T e G ∙ C.

Duplicação do DNATambém chamada replicação, é catalisada pela en-

zima DNA-polimerase.

Figura 5

DNADNA DNADNA

a b c

Replicação do DNA: (a) separação das duas cadeias da molécula; (b) empa-relhamento de cada nucleotídio com um recém-chegado; (c) encadeamen-to dos novos nucleotídios e formação de duas moléculas.

A duplicação do DNA é semiconservativa, porque cada nova molécula conserva metade (uma cadeia de nu-cleotídios) da molécula original.

TranscriçãoÉ o processo de produção de RNA a partir de DNA,

catalisado pela enzima RNA-polimerase.

Figura 6

DNA DNA RNADNA

a b c

Transcrição: (a) por ruptura das ligações de hidrogênio, as duas cadeias da molécula do DNA separam-se entre dois determinados pontos. (b) As bases dos nucleotídios do RNA (A, G, C, U) se emparelham a suas complementares em uma das cadeias do DNA (T, C, G, A), e os nucleotídios se unem por ação da enzima RNA-polimerase, formando-se o RNA. (c) No final do processo, a molécula do RNA se desprende, e as ligações de hidrogênio entre as duas cadeias do DNA são restabelecidas.

4. Ação gênicaGene é um segmento de DNA que contém as infor-

mações necessárias para a síntese de uma proteína (ou polipeptídio), que, ao agir no organismo, leva à manifes-tação de uma ou mais características. Cada informação (ou mensagem genética) é uma trinca de nucleotídios do DNA que determina a ligação de um aminoácido especí-

fico na proteína em produção. Os quatro diferentes tipos de nucleotídios do DNA (A, G, C e T), combinando-se em grupos de três, compõem um total de 64 trincas, o que se conhece como código genético.

As trincas UAA, UAG e UGA não codificam nenhum aminoácido, mas agem como “pontuações” que deter-minam o encerramento da síntese das proteínas.

O código genético é universal, pois suas mensa-gens têm o mesmo significado em quase todos os seres vivos. Também é degenerado: como há mais trincas (64) que aminoácidos diferentes (20), trincas distintas podem estar relacionadas com o mesmo aminoácido. Isso é uma importante proteção dos seres vivos contra mutações (alterações do DNA).

Síntese proteicaOs genes agem produzindo proteínas específicas,

em um processo em que estruturas e moléculas celula-res desempenham papéis específicos e fundamentais. O DNA contém a “receita” com as instruções que determi-nam o tipo de proteína que será produzida. Os aminoáci-dos são os “ingredientes” das proteínas. Os ribossomos são os organoides onde ocorre a montagem das proteí-nas. No processo, têm participação destacada os três ti-pos de RNA: o RNA mensageiro (RNAm) leva as mensa-gens genéticas do DNA (situado no núcleo) até os ribossomos (no citoplasma); o RNA transportador (RNAt) carrega até os ribossomos os aminoácidos que estavam dispersos pelo citoplasma, posicionando-os de acordo com as instruções do RNAm; o RNA ribossômico (RNAr) está associado a proteínas, compondo os ribosso-mos, sede da síntese proteica.

TranscriçãoÉ a primeira etapa da síntese proteica; ocorre no nú-

cleo e consiste na síntese de RNAm a partir de um segmen-to de DNA, em que estão as instruções para a síntese de certa proteína. No momento em que a transcrição aconte-ce, as informações genéticas contidas nas trincas de nucle-otídios do DNA são “copiadas” para uma cadeia de RNAm, que pode se movimentar até os ribossomos, onde a prote-ína será montada.

TraduçãoÉ a segunda etapa da síntese proteica; ocorre nos ribos-

somos. Os ribossomos deslocam-se sobre o RNAm, percor-rendo suas trincas (códons). Cada códon percorrido é ocupa-do por um RNAt, que carrega um aminoácido específico. O correto posicionamento do aminoácido é determinado pela correspondência entre o códon do RNAm e uma trinca de nucleotídios do RNAt, conhecida como anticódon. Ocorrem ligações peptídicas entre os aminoácidos adjacentes, até que a proteína esteja completamente formada.

7

Atividades1 (UFRN) Elementos que fazem parte da constituição das moléculas de ATP,

clorofila e hemoglobina são, respectivamente:

a) magnésio, ferro e fósforo. d) magnésio, fósforo e ferro.

b) ferro, magnésio e fósforo. e) fósforo, ferro e magnésio.

c ) fósforo, magnésio e ferro.

2 (UFCE) Sobre as substâncias que compõem os seres vivos, são feitas algu-mas afirmações:

(01) Carboidratos, lipídios e vitaminas são fontes de energia para os seres vivos.

(02) A água é a substância encontrada em maior quantidade nos seres vivos.

(04) Além de sua função energética, os carboidratos estão presentes na formação de alguns componentes estruturais dos seres vivos.

(08) Os lipídios constituem o principal componente estrutural dos seres vivos.

(16) Os seres vivos apresentam composição química mais complexa que a matéria inanimada, sendo formados por substâncias orgânicas, como proteínas, lipídios, carboidratos, vitaminas e ácidos nucleicos.

Dê a soma dos números dos itens corretos.

3 (U. F. Viçosa-MG) Além de serem as macromoléculas mais abundantes nas células vivas, as proteínas desempenham diversas funções estruturais e fisiológicas no metabolismo celular. Com relação a essas substâncias, é correto afirmar que:

a) são todas constituídas por sequências monoméricas de aminoácidos e monossacarídios.

b) além de função estrutural, são também as mais importantes molécu-las de reserva energética e de defesa.

c ) cada indivíduo produz as suas proteínas, que são codificadas de acor-do com o material genético.

d) a sua estrutura terciária é determinada pela forma, mas não interfere na sua função ou especificidade.

e) são formadas pela união de nucleotídios por meio dos grupamentos amina e hidroxila.

4 (PUC/Campinas-SP) O esquema a seguir representa a sequência de aminoácidos de um trecho de uma proteína e os respectivos anticódons dos RNA transportadores.

FEN ARG LIS CIS VAL

A A A G C U U U C A C G C A G

Anticódons dos RNAt

Trecho da proteína

Assinale a alternativa que contém a sequência de códons do RNA mensageiro que participou dessa tradução.

a) UUU CGT TTG UGC GUC d) TTT CGA AAG TGC GTC

b) UUU CGA AAG UGC GUC e) CCC TAC CCA CAT ACT

c ) TTT CGT TTC TGC GTC

X

X

X

8

2.  (01)   As vitaminas não são fornecedoras de energia; desempenham papel regulador, ativando enzimas e participando de certos processos metabólicos.

(08)   Embora os fosfolipídios, o colesterol e as ceras possam desempenhar papéis estruturais nos seres vivos, a função principal dos lipídios é o fornecimento de energia. Soma ∙ 22 (02 + 04 + 16).

3.   Proteínas são constituídas por aminoácidos, unidos por ligações peptídicas entre seus grupos amina e carboxila. Seu formato (estrutura terciária) relaciona-se diretamente com sua função. Não têm no fornecimento de energia sua atuação principal no organismo.

4.   Cada anticódon do RNAt corresponde a um códon do RNAm que lhe é complementar em relação ao pareamento das bases nitrogenadas. Dessa forma, o anticódon AAA do RNAt que carrega a fenilalanina (FEN) corresponde ao códon UUU do RNAm; o anticódon GCU do RNAt que carrega a arginina (ARG) corresponde ao códon CGA do RNAm; e assim por diante.

Exercícios complementares1 (U. F. Pelotas-RS) São funções da água na célula:

I. atuar como solvente da maioria das substâncias;

II. não atuar na manutenção do equilíbrio osmótico dos organismos em relação ao ambiente;

III. constituir o meio dispersante das substâncias celulares;

IV. participar das reações de hidrólise;

V. agir como ativador enzimático.

A alternativa que contém as funções verdadeiras é:

a) I, II, III

b) III, IV, V

c ) I, III, IV

d) II, III, V

e) I, III, V

2 (PUC-RJ) Enquanto os vegetais podem ter suas superfícies foliar e radicu-lar bastante ramificadas, os animais, em geral, são mais compactos. Essa afirmativa está relacionada ao tipo de nutrição e de reserva de energia desses seres vivos. Quanto a isso, podemos afirmar corretamente que:

a) as vantagens de haver uma maior superfície corporal nos vegetais es-tão relacionadas à área de absorção de água e luz.

b) a gordura, reserva de energia dos animais, é uma substância hidrofó-bica, que acumula água, provocando aumento de peso nos animais.

c) o amido, reserva de energia dos vegetais, é hidrofóbico, o que possi-bilita a redução do acúmulo de água com consequente redução de peso corporal dos vegetais.

d) a principal reserva de energia dos animais ocorre sob a forma de amido, mais compacto do que a reserva lipídica dos vegetais.

e) geralmente, as folhas dos vegetais são ricas em óleos, os quais são usados na nossa alimentação.

3 (Unifesp) Uma dieta com consumo adequado de carboidratos, além de prover energia para o corpo, ainda proporciona um efeito de “preserva-ção das proteínas”. A afirmação está correta porque:

a) os carboidratos, armazenados sob a forma de gordura corpórea, consti-tuem uma barreira protetora das proteínas armazenadas nos músculos.

b) se as reservas de carboidratos estiverem reduzidas, vias metabólicas alternativas irão obter energia por meio do consumo de proteínas.

c) as enzimas que fracionam carboidratos interrompem a ação de outras enzimas, que desnaturam proteínas.

d) o nitrogênio presente nos aminoácidos das proteínas não pode ser inativado em presença de carboidratos.

e) a energia liberada pela quebra de carboidratos desnatura enzimas que degradam proteínas.

4 (UFAL) Para desempenhar sua função como mate rial hereditário, o DNA pos-sui algumas propriedades. Identifique pelo menos duas propriedades do DNA como material genético e descreva resumidamente cada uma delas.

X

X

X

9

4. (1)   Replicação semiconservativa:o DNA é capaz de se replicar, originando duas moléculas idênticas. Com isso, o mate rial genético pode ser equitativamente repartido entre as células-filhas durante a divisão celular. 

(2)   Transcrição: o DNA pode comandar a síntese de proteínas (graças à intermediação do RNA mensageiro) e, dessa maneira, controlar a estrutura e o funcionamento dos seres vivos. 

(3)   Mutabilidade: o DNA pode, ocasionalmente, sofrer pequenas alterações na sequência de bases nitrogenadas (mutações), que determinam o surgimento de características e aumentam a variabilidade genética, substrato sobre o qual atua a seleção natural, que direciona a evolução das espécies.

3.   As proteínas são degradadas com a finalidade de fornecer energia ao organismo, apenas em situações emergenciais, quando faltam carboidratos na dieta e as reservas de lipídios foram totalmente consumidas. Uma dieta composta adequadamente por carboidratos, portanto, evita que as proteínas tenham que ser empregadas com essa finalidade.

1.  II.   A água é o solvente para as substâncias celulares; portanto, determina sua concentração e atua na manutenção do equilíbrio osmótico com o meio exterior.

V.   Embora constitua um meio ideal para a ação enzimática, a água não é capaz de ativar enzimas; essa função é desempenhada por muitas vitaminas e minerais.

2.   A maior superfície corporal dos vegetais favorece a captação de luz e substâncias (água, CO

2) necessárias para a realização 

de fotossíntese. O corpo mais compacto dos animais favorece a movimentação.

5 (UFMS, adaptada) Em relação ao processo de síntese de proteínas, avalie as proposições a seguir.

(01) No processo são usados o RNA mensageiro (RNAm), o RNA de trans-ferência ou transportador (RNAt) e o RNA ribossômico (RNAr).

(02) A sequência de aminoácidos de uma proteína é determinada pela sequência de bases da molécula de DNA.

(04) O processo de transcrição corresponde à transferência de mensa-gens genéticas contidas no código do DNA para uma molécula de RNAm.

(08) Esse processo compreende as etapas de transcrição e tradução.

Dê a soma dos números dos itens corretos.

6 (UFMT) Observe a figura e julgue (V ou F) os itens.

DNA

DNA

RNAm

RNAm Ribossomo

Proteína

1

2

34

I. O fenômeno indicado pela seta 1 corresponde ao processo de duplicação em que são construídas cadeias de nucleotídios.

II. A seta 2 indica a formação de uma molécula de RNAm, responsável pela captação e pelo transporte dos aminoácidos.

III. O fenômeno indicado pela seta 3 corresponde ao processo de transcrição, no qual os ribossomos têm uma participação fundamental.

IV. A seta 4 indica a formação de uma cadeia polipeptídica a partir de rea-ções nas quais o grupo amina de um aminoácido perde um de seus hi-drogênios, enquanto o grupo carboxila do outro aminoácido perde seu grupo hidroxila, ocorrendo a formação de uma molécula de água.

V

F

F

V

10

5.  Soma = 15 (01 + 02 + 04 + 08)

6.  II.   A captação e o transporte de aminoácidos são funções do RNA transportador (RNAt).

III. O processo indicado é a tradução.