Componentes químicos fundamentais da célula, água, íons e Modelos de organização celular

 Profa. Ana Katarina

Processos Biológicos

O que é vida?

Toda a matéria, viva ou não viva, é feita de substâncias químicas.

Os organismos vivos formam-se a partir de elementos simples.

Os constituintes da matéria - os átomos.

Há cerca de 4 bilhões de anos os átomos moléculas, ficaram complexas e estáveis – todos os seres vivos e inertes.

A interação dos sistemas moleculares em compartimentos delimitados por membranas, criou a célula. Que passou a ter habilidades – metabolismo – reprodução.

Toda as matéria, incluindo as células é formada, a partir de moléculas muito simples, como : água, metano, dióxido de carbono,

amônia, nitrogênio e hidrogênio. E estas moléculas foram originadas a partir de átomos.

O que são átomos?

O termo átomo, deriva do grego que significa “indivisível”.       No século XIX, vários físicos e químicos demonstraram ser o átomo constituído por outras partículas ainda menores, como: os prótons, elétrons e nêutrons. 

O núcleo é que determina o tipo químico do elemento que representa, por causa do número de prótons que contém. Ex.: O hidrogênio (símbolo químico, H)

Características: é o mais leve e o mais simples de todos os elementos químicos, é o elemento mais abundante no universo. Seu núcleo possui um próton e um neutro. Os elementos químicos estão organizados na tabela periódica.

As ligações químicas mantêm os átomos unidos.

São definidas como força de atração que une dois átomos para formar uma molécula. Tipos:

A vida – Origens A terra e suas águas representam fonte de vida.

Como a terra começou ? Teoria cosmológica sobre a origem do

universo – big bang: grande explosão cataclísmica que permitiu a formação de estrelas e planetas.

Atmosfera primitiva continha hidrogênio, hélio e lítio. Os outros átomos provavelmente vieram:

Por meio das reações termonucleares, das estrelas;Por meio da ação de raios cósmicos.Das explosões das estrelas;

Reações nucleares (supernovas) das primeiras estrelas propiciaram o aparecimento dos átomos mais estáveis como: carbono, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre. E deram origem as estrelas de segunda geração como o sol.

A datação radioativa da terra - 4 a 5 bilhões de anos.

A atmosfera passou por muitas mudanças até chegar ao estágio de hoje.

Inicio não havia ou havia pouco oxigênio livre.Muita Ação de raios ultravioleta, pela falta do ozônio Vapores de água → condensando → chuvas oceanos.

Condições reações químicas formação de biomoléculas como fromaldeído (HCHO) e ácido cianídrico (HCN).

Água H2O

Amônia NH2

Gás sulfídrico H2S

Monóxido de carbono CO

Dióxido de carbono CO2

Metano CH4

Nitrogênio N2

Hidrogênio H2

Hipótese de Oparin-Haldane

Em 1929, separadamente os biólogos russo e inglês, Alexandre Oparin e John Haldane, publicaram a mesma hipótese sobre a origem da vida - "sopa primitiva”. Esta sopa primitiva serviria também como uma rica fonte de nutrientes orgânicos para os primeiros organismos vivos no nosso planeta. Segundo a hipótese de Oparin, os primeiros seres vivos: unicelulares, procariontes, heterotróficos e anaeróbios.

Teorias da origem da vida

A experiência de Miller

Em 1953, Stanley Miller, fechou quatro gases (metano, amoníaco, vapor de água e hidrogênio) num frasco e utilizou uma descarga elétrica (para simular os relâmpagos) como fonte de energia que provocasse a reação química.

Quando os produtos da reação foram analisados, verificou-se que continham aminoácidos e outras moléculas orgânicas simples - os componentes básicos da vida.

GASES PRIMITIVOS DA ATMOSFERA + ENERGIA (raios UV,infravermelho e

radiação)

COMPOSTOS ORGÂNICOS (suspensão na água

[poças]) + MINERAIS DE ARGILA E FÓSFORO

COARCEVADOS(compostos orgânicos e

H2O)

AMINO ÁCIDOS , PROTEÍNAS E ACIDOS GRAXOS.

Importância da água O próprio surgimento da vida na Terra está intimamente relacionado com a presença da água. A água é um dos elementos de maior importância para todas as formas de vida da Terra.

Breves Comentários: A água:

Permeia todas as porções de todas as células; Importância em seres vivos: transporte de nutrientes e

reações metabólicas; Todos os aspectos de estrutura celular e suas funções são

adaptadas às propriedades físico-químicas da água; Animais: Intracelular: 55-60% e Extracelular: 40-45%; Vias de Eliminação: Pele, pulmões, rins e intestino;

Propriedades comuns: cor, odor, sabor, estado físico (sólida, líquida e gasosa).

Propriedades Incomuns: PF (0°C), PE (100°C) e Calor de vaporização – maior que os líquidos comuns; alta tensão superficial; solvente “universal” .

O átomo de Hidrogênio compartilha um par de elétrons com o oxigênio – Geometria próxima do tetraedro (105°);

Pares de elétrons não compartilhados geram uma carga parcial (-)

A força de atração eletrônica do oxigênio origina uma carga parcial (+) Caráter DIPOLAR / ELETRICAMENTE NEUTRO.

Pontes de Hidrogênio

Atração eletrostática resultante entre o átomo de oxigênio de uma molécula de água e o átomo de hidrogênio de outra molécula de água;As pontes de hidrogênio são mais fracas que ligações covalentes;Cada molécula de água se une mediante pontes de Hidrogênio a 3 ou 4 moléculas .A fluidez da água se deve a meia-vida curta das ligações:10-9 seg.

A interação com solutos ocorre porque a água é um líquido polar. A água pode dissolver:

Sais cristalinos: Interatua com íons que unem os átomos do sal Compostos orgânicos polares (açúcares, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos) – formação de pontes de hidrogênio com os grupos hidroxila ou carbonila.

Lipídeos (moléculas anfipáticas) formam as micelas.

Propriedades da água

Elementos Químicos da Vida A composição química da célula envolve carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre; variando somente em quantidade, de um grupo celular para outro. Os compostos que constituem os seres vivos estão divididos em dois grupos:

Inorgânicos (água, sais minerais) que também são encontrados livremente no mundo mineral;

Orgânicos (proteínas, carboidratos, lipídeos e ácidos nucléicos), que resultam da atividade metabólica das células.

Os elementos mais importantes são o carbono, oxigênio e hidrogênio, que formam 96% do peso seco das plantas e também são bastante significativos nos animais. Além destes temos em menores quantidades o nitrogênio, potássio, cálcio, fósforo, magnésio.

Macronutrientes: É necessário ingeri-los em grandes quantidades, superiores a 100 mg/dia. Exemplos: cálcio, fósforo, enxofre, potássio, sódio.

Micronutrientes: são necessários em pequenas quantidades, que não excedem 20 mg/dia. Exemplos: ferro e zinco.

Sais minerais -Fontes

Cálcio: componente estrutural dos ossos e dentes, também faz parte de processos que envolvem movimentos celulares, como a própria contração muscular. Pode ser obtido em vegetais verde-escuros e no leite/laticínios.

Cobre: cofator de algumas enzimas. Pode ser obtido na carne de fígado, peixes, ovos e cereais como o trigo.

Enxofre: componente estrutural de alguns aminoácidos como a cisteína. Presente em carnes e legumes.

Ferro: componente de proteínas carreadoras de oxigênio como a hemoglobina. Pode ser obtido nas carnes, ovos, feijão e vegetais verde-escuros.

Fósforo: componente estrutural dos nucleotídios, como o ATP. Sendo assim, está envolvido em processos que envolvem transferência de energia. Também é componente estrutural dos ossos e dentes.

Magnésio: componente de muitas coenzimas. E necessário para o funcionamento normal de células musculares e neurônios. Encontrado em cereais integrais e vegetais verdes.

Potássio: envolvido nos processos de contração muscular, condução de impulsos elétricos pelos neurônios e manutenção do equilíbrio hídrico. Encontrado em Carnes, laticínios e frutas.

Elementos Químicos da Vida

Formação de grupos químicos funcionais – grupos de átomos que constituem parte de moléculas maiores e tem propriedades químicas particulares (forma, polaridade, reatividade, solubilidade)

Dos átomos as moléculas Das moléculas as células.

Os monômeros formam polímeros

Água - 70% do volume celular é composto por água, que dissolve e transporta materiais na célula e participa de inúmeras reações bioquímicas.

Sais minerais - São reguladores químicos.

Carboidratos - Compostos orgânicos formados por carbono, hidrogênio e oxigênio. Exemplos: monossacarídeos (glicose )

Lipídios - Compostos formados por carbono, hidrogênio e oxigênio; Exemplos: lipídios simples (óleos, gorduras e cera).

Proteínas - Compostos formados por carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, que constituem polipeptídios (cadeias de aminoácidos). Exemplo: Albumina.

Ácidos Nucléicos - Compostos constituídos por cadeias de nucleotídeos - base nitrogenada (adenina, guanina, citosina, timina e uracila), um açúcar (ribose e desoxirribose) e um ácido fosfórico. Ácido Desoxirribonucléico (DNA) e Ácido Ribonucléico (RNA) .

Componentes químicos da célula

Proteínas

Carboidratos Ácidos NucléicosLipídeos

Teoria criada pelos alemãs Mathias Schleiden e Theodor Schwann em 1838-39 que estabelece a célula como a unidade morfofisiológica dos seres vivos, ou seja, a célula é a unidade básica da vida ( primeiro postulado), que a todos os organismos são compostos de células é uma espécie de "fábrica química" onde se realizam todos os processos necessários à vida do organismo (segundo postulado) e que cada célula deriva de uma outra célula (terceiro postulado).

Modelos de Organização CelularEm 1665, o cientista inglês Robert Hooke (1635-1703),

observando uma secção de cortiça ao microscópio, notara pequeníssimas cavidades semelhantes às de uma colmeia, a que chamou células. Seguiram-se muitas observações e pesquisas, mas só no século XIX se reconheceu a célula como a unidade funcional de todos os organismos vivos.

Robert Hooke's Compound Microscope

Teoria Celular

Modelos de Organização Celular

Não apresentam um núcleo individualizado. É composta por uma parede celular envolvendo a membrana plasmática que delimita o citoplasma. Presença de ribossomos Material genético (nucleóide) e proteínas sem qualquer separação membranosa entre si.

Originaram-se a partir das células procarióticas que passaram a desenvolver membrana plasmática, tornando-as mais complexas. Estes dobramentos deram origem às organelas e à membrana que separa o material genético do citoplasma (chamada de envoltório nuclear ou carioteca). A célula eucarionte, então, é composta basicamente por membrana plasmática, citoplasma, núcleo e organelas.

Célula eucariota

Modelos de organização celular

Procariotos - Karyon, núcleo, noz : antes do núcleo.Representantes: Bactérias e Cianobactérias (algas azuis – bactérias fotossintetizantes)

CaracterísticasParede celular

Pili

Plasmídeo

Flagelo

Modelos de organização celular

Eucariotos – Núcleo verdadeiro.Representantes: células Animais, vegetais, Protistas e fungos.

Teoria simbiótica -É uma teoria na qual acredita-se que as mitocôndrias e cloroplastos são organelas derivadas da interação entre um organismo procarionte ancestral aeróbio e um organismo eucarionte unicelular anaeróbico.

Estruturas características da célula animal: Membrana plasmática, Mitocôndria

(energia celular), Citoesqueleto, centríolos,

Retículos endoplasmáticos liso e

rugoso .

Animal

Estruturas características da célula vegetal: Parede celular, Vacúolo grande na célula adulta (resultante da união de pequenos vacúolos), Plastos e Substâncias esgásticas (produtos do metabolismo celular – amido, proteínas, cristais de sílica).

Vegetal

Fungos

A membrana plasmática da célula de um protozoário pode ser simples ou recoberta por uma carapaça calcária rígida. Existem três tipos de estruturas locomotoras: os pseudópodes, os cílios e os flagelos. Várias organelas.

Os componentes principais da parede celular são hexoses e hexoaminas, que formam mananas, ducanas e galactanas. Alguns fungos têm parede rica em quitina (N-acetil glicosamina), outros possuem complexos polissacarídios e proteínas, com predominância de cisteína.

PROCARIOTO X EUCARIOTO

• Todo genoma (eucarioto ou procarioto) possui a função de servir como repositório replicativo da informação codificada pelo DNA que o constitui.

• Genomas procarióticos, contudo, são relativamente mais simples que genomas eucarióticos.

Estrutura molecular.

Distribuição de genes.

Classificação dos seres vivos, de acordo com Whittaker (1969)(Adaptado de Pommerville, J.C.(2004) Alcamo's Fundamentals of Microbiology)