Técnico em Biotecnologia
Módulo I
!
!
Biologia Celular
!
Aula 2 - Componentes Químicos da Célula
!
!
Prof. Leandro Parussolo
!
!
COMPONENTES QUÍMICOS DA CÉLULA
!
● A estrutura da cell é consequência de uma
combinação de moléculas organizadas em
uma ordem muito precisa.
!
Os componentes químicos das células são
classificados em:
Inorgânicos
Orgânicos
! Água
!Minerais
! Carboidratos
! Lipídios
! Proteínas
! Ácidos Nucléicos
2
•
As substâncias orgânicas possuem,
obrigatoriamente, o elemento carbono em
suas moléculas;
!
•
Algumas substâncias possuem C em suas
moléculas, porém, apresentam
propriedades típicas de compostos
inorgânicos:
!
•
•
•
CO (monóxido de carbono);
CO2 (dióxido de carbono);
HCN (ácido canídrico),
Água e Minerais
!
•
ÁGUA – componente mais abundante dos
tecidos;
!
•
Vital para os organismos vivos;
!
•
Solvente natural dos íons e meio de
dispersão da maior parte das
macromoléculas;
•
Na cell é encontrada em 2 frações:
!
LIVRE
95% DA ÁGUA TOTAL
!
!
USADA
COMO SOLVENTE PARA
SOLUTOS E COMO MEIO DE DISPERSÃO
! DO SISTEMA COLOIDAL
!
LIGADA
5%
!
ÁGUA IMOBILIZADA NO SEIO DAS
MACROMOLÉCULAS
!
•
Molécula polar - tem 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).
!
!
•
Reagente essencial nos processos digestivos,
onde as moléculas maiores são degradadas em
menores e faz parte de várias reações de síntese
nos organismos vivos
Estrutura de uma molécula de água
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 ! qto maior a atividade metabólica
(atividade do organismo ou da célula para obtenção
ou transformação de energia) maior a qtde de mol.
de H2O.
(Cells nervosas do cérebro – 78% , cells ósseas – 40%)
!
● espécie ! existem proporções específicas de
moléculas
(- homem, a água representa 70% do peso do corpo;
- em certos fungos, 83% do peso é de água;
- 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;
!
! 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)
Perigo da desidratação
Perda excessiva de água ! desidratação !
organismo fica com as funções vitais
prejudicadas;
!
• Causas:
- ingestão insuficiente de água;
- Perda excessiva por transpiração;
- Eliminação de grande qtdade 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.
✓ Concentração de íons é diferente no interior da cell
e no meio em que circunda;
!
!
✓Cell – alta [K+ e Mg2+]
!
!
✓Líquido extracelular - [Na+ e Cl-]
!
!
✓Sais dissociados em ânions (Cl- ) e cátions (Na+, K+)
são importantes para manter a pressão osmótica e o
equilíbrio ácido-básico da cell.
Íons inorgânicos:
!
• Magnésio – co-fator enzimático
• Fosfato – encontrado nos fosfolipídios e nucleotídeos
• Cálcio – encontram-se nas cells que desempenham
papel como transmissores de sinais
• Outros – sulfato, carbonato, etc.
!
Para manter a atividade celular normal são
indispensáveis pequenas quantidades de:
manganês, cobre, cobalto, iodo, selênio, níquel,
molibdênio e zinco ! necessários para atividade de
enzimas.
SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS
!
CARBOIDRATOS: (hidratos de carbono ou
glicídios)
!
● ! Principal fonte de energia da cell;
!
● ! 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:
O
Nos demais carbonos
Um grupo aldeído
C
existem grupamentos
hidroxilas (- OH)
H
•
!
!
ou
!
!
Um grupo cetona
C
O
Frutose
(poliidroxicetona)
Glicose
(poliidroxialdeído)
Carboidratos
!
!
São divididos em
Monossacarídeos
Dissacarídeos
Oligossacarídeos
Polissacarídeos
•
Monossacarídeos ! carboidratos simples, que
não sofrem hidrólise
!
•
formados com uma molécula de açúcar ! fórmula
geral (CH2O)n.
•
n = pode variar de 3 a 7 (triose, tetrose, etc)
!
Ex:
Ribose
C5H10O5
Componente
estrutural do
RNA
Frutose
C6H12O6
Mel e frutos diversos
!
Função energética
● Dissacarídeos: formados pela união de 2
monômeros de hexose, com perda de 1 mol de
água.
Fórmula: C12H22O11
!
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.
!
Maltose (gli + gli)
Obtido por hidrólise do amido
Lactose (Gli + Gal)
açúcar do leite
•
Oligossacarídeos
!
•
não estão livres no organismo – ligados a
lipídios e proteínas;
!
•
!
Fazem parte de glicolipídios e
glicoproteínas;
● Polissacarídeos: ! macromoléculas formadas por muitos
monômeros de hexoses, com perda de mols de água.
● Fórmula geral (C6H10O5)n
!
● Ex: glicogênio (em células animais)
amido (vegetais)
!
● Amido: Armazenado em altas proporções em caules (como
o da batata), raízes (como a da mandioca), semente de
cereais (como o milho). Em sua constituição entram mais
de 1400 moléculas de glicose.
!
● Celulose: mais abundante da natureza, principal
componente estrutural da parede celular de cells vegetais.
(4000 mol glicose)
!
● Glicogênio: principal reserva de energia animal, pode
conter mais de 30.000 moléculas de glicose.
LIPÍDIOS (do grego lipos = gordura) (óleos,
gorduras, ceras)
São moléculas orgânicas que resultam da associção
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
sobrevivencia 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).
• —
Triglicerídios, Fosfolipídios e Esteróides (lipídios mais abundantes da cell)
•
Triglicerídios (trigliceróis) – triésteres dos
ácidos graxos com glicerol
!
•
•
Fórmula geral:
COOH
(CH2)n
CH3
Servem como reserva energética para o
organismo
Fosfolipídios ! 2 tipos
!
!
!
Glicerofosfolipídios
Esfingofosfolipídios
!
!
•
São os principais componentes das
membranas celulares
● Esteróides !Grupo de substâncias lipídicas
formadas a partir de álcoois policíclicos, de cadeia
fechada: esteróis
!
● Dentre os vários tipos de esteróides destaca-se:
colesterol
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)
(fórmula geral ) !
!
O radical R – é a variável em aminoácidos diferentes
Esses aminoácidos estão distribuídos em quatro
categorias:
• 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).
•
Ligação peptídica ! ligação entre 2 aa
!
!
Consiste na união do C do grupo ácido de um aa e o N
do grupo amina de outro aa.
Proteínas conjugadas
•
Glicoproteínas – associadas a carboidratos
!
•
Nucleoproteínas – associadas a ácidos
nucléicos
!
•
Lipoproteínas – associadas a gorduras
!
•
Cromoproteínas – tem como grupo prostético
um pigmento
!
hemoglobina e mioglobina
•
ESTRUTURA DAS PROTEÍNAS:
!
• sequência linear :
estrutura protéica – primária
!
• Nessa sequência a troca de um único aa
por outro é capaz de alterar a molécula
protéica – pode perder suas propriedades
biológicas.
Ex: Na hemoglobina, a subst. do ác. glutâmico pela valina, em
determinado lugar da molécula, altera a proteína – torna-se
praticamente imprestável para transportar oxigênio. É o que ocorre
na doença hereditária – anemia falciforme.
Forma helicoidal :
•
!
!
Estrutura protéica – secundária
•
!
!
!
• Ex: Proteínas como o colágeno dos ossos e a
Fibrina do sangue.
• Na maioria dos casos o filamento
helicoidal dobra-se sobre si mesmo,
de tal maneira que a molécula fica com
uma forma arredondada.
!
!
!
Estrutura terciária
•
Estrutura quaternária
!
•
Resulta da combinação de 2 ou mais
polipeptídeos;
!
•
Moléculas de grande complexidade;
!
• Ex: hemoglobina integração de 4 cadeias
polipeptídicas
!
!
•
Forma da proteína ! intimamente
associada com sua função;
!
•
Altera forma – altera papel biológico
!
•
Qdo submetida a temp. elevadas ! mol.
Protéica se desnatura ! estrutura química
alterada
Funções das Proteínas:
!
● Estrutural ! qdo participam da estrutura das cells
ou dos tecidos em que ocorrem
● Ex:
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;
Albumina: abundante do plasma sanguíneo,
relacionada com a regulação osmótica e
viscosidade do plasma;
Fibrinogênio: proteína do sangue, relacionada
com a coagulação sanguínea;
!
!
Hormonal ! 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 ! cells 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)
● ! Alta especificidade, ou seja, a quantidade de enzimas no
organismo é tão grande que se tem praticamente uma enzima
para cada reação no 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 protéicas:
!Células podem sintetizar enzimas conforme a sua necessidade.
!Grande variedade (uma enzima para cada reação).
!Apresenta níveis de organização, podendo ser desnaturada
quando necessário.
!
•
Enzimas ! sensíveis ao pH
!
•
Sempre apresentam pH ótimo de ação
!
Ex:
ptialina (amilase da saliva) – pH ótimo 7,0
!
pepsina (protease do suco digestório) – pH
ótimo 2,0
ÁCIDOS NUCLÉICOS:
!Maiores moléculas encontradas no mundo vivo;
!Responsáveis pelo controle dos processos vitais básicos em
todos os seres;
!
Existem 2 tipos de ácidos nucléicos:
DNA
RNA
DNA – depósito da informação genética
copiada (transcrita) em
moléculas de RNAm, cujas sequências de nucleotídeos
contém o código que estabelece a sequência dos aa nas
proteínas
!
Por isso a síntese protéica é conhecida como tradução do
DNA
ÁCIDOS NUCLÉICOS
DNA
RNA
Localização
Principalmente no
núcleo, mas também
nas mitocôndrias e
cloroplastos
Principalmente no
citoplasma, mas também
no núcleo, mitocôndrias e
cloroplastos
Papel na cell
Informação genética
Síntese de proteínas
Pentose
Desoxirribose
Ribose
Bases
pirimídinicas
Citosina
Timina
Citosina
Uracila
Bases purínicas
Adenina
Guanina
Adenina
Guanina
Ácidos Nucléicos contém:
!
❑ Carboidratos (pentose)
❑ Bases nitrogenadas (purinas e pirimidinas)
❑ Ácido fosfórido
!
Diferenças entre DNA e RNA:
!
❑ DNA – tem desoxirribose e timina (T);
❑ A molécula é dupla (2 cadeias polinucleotídicas)
!
❑ RNA – tem ribose e uracila (U)
● DNA ! 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 – 5’ T G C T G A C G T 3’
Cadeia 2 - 3’ A C G A C T G C A 5’
•
Características importantes do DNA:
!
•
Autoduplicação ou replicação do DNA
! origina cópias exatas
!
Fundamental para a vida, pois permite que,
após uma divisão celular, as cells-filhas
recebam as mesmas instruções biológicas
contidas nas moléculas de DNA da cellmãe.
Autoduplicação do DNA:
!
✓ rompimento das pontes de H que ligam as bases
nitrogenadas;
!
✓ Encaixe de nucleotídeos livres, já existentes na cell,
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 S.P.
!
•
RNAt identificam e transportam os aa até o
ribossoma.
Referências Bibliográficas
Junqueira, L.C.U.; Carneiro, J. Biologia
celular e molecular. 8.ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2005. capítulo 3
!
De Robertis, E.; Hib, J. Bases da biologia
celular e molecular. 4.ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan, 2006.
!