Química de Biomoléculas

Química de Biomoléculas

Química de Biomoléculas

As moléculas gigantes e suas funções

Não há açúcar no solo, no ar ou na água das chuvas, mas o caule da cana-de-açúcar tem de 10% a 20% de açúcar. Onde a planta foi buscar esse açúcar? Única resposta possível: ela própria o fabricou dentro de suas células”

Trecho retirado do livro – Os Caminhos da Vida – estrutura e ação do Prof. Oswaldo Frota Pessoa, 2001

Pensando neste trecho, podemos começar a construir uma linha de raciocínio a respeito da constituição das biomoléculas e de sua trajetória no metabolismo celular.

As biomoléculas, como o próprio nome já diz, são as moléculas da vida, que possuem como esqueleto principal átomos de carbono, fazendo parte desta forma, dos componentes orgânicos da célula. Estas moléculas, os carboidratos, lipídeos, proteínas e ácidos nucléicos são fundamentais em nosso corpo, pois desenvolvem funções importantes para a manutenção da vida, que vamos ver a seguir.

Muitas destas moléculas são grandes, formadas por unidades denominadas monômeros, que podem ligar-se entre si e dar origem a moléculas maiores a quem denominamos de polímeros. Um exemplo da ligação de monômeros é o caso da glicose e da frutose que se juntam formando a sacarose, o açúcar comum.

Os carboidratos são as moléculas mais comuns na natureza, São consideradas as principais fontes de energia para os organismos vivos, mas suas funções não param por aí: podem ser reservas de energia, como é o caso do amido para os vegetais e o glicogênio para os animais; servem como estrutura, como é o caso da celulose, que está presente na parede celular dos vegetais garantindo sustentação; ou ainda podem compor a estrutura de outras moléculas, como o glicocálix, presente na membrana celular animal, responsável, dentre outras funções, pelo reconhecimento e adesão celular.

Estas moléculas são formadas por átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio, que arranjados entre si formam os poliidroxialdeídos (exemplo a glicose) e os poliidroxicetonas (exemplo a frutose). Um composto “poliidroxi” e formado por um esqueleto de carbono que contém várias hidroxilas (grupo OH). Estas hidroxilas fazem parte de compostos orgânicos denominados alcoóis.

Já o grupamento cetona, presente nos poliidroxicetonas, é formado por um oxigênio ligado por dupla ligação a um carbono (C=O). Finalmente o grupamento aldeído presente nos poliidroxialeídos é formado por um oxigênio ligado a um carbono através de ligações duplas e um hidrogênio ligado no mesmo carbono através de ligações simples.

Estes monômeros dos carboidratos são chamados de açúcares simples, ou ainda monossacarídeos. Através de ligações covalentes, denominadas ligações glicosídicas, dois destes monossacarídeos podem se unir e formar os dissacarídeos, dentre eles a sacarose, que é formada pela união de uma glicose e uma frutose, a lactose, formada pela glicose ligada à galactose, e a maltose, formada pela união de duas glicoses. Ou ainda, podem constituir polissacarídeos, como o amido e o glicogênio. Presentes nos alimentos, estas moléculas, depois de passarem pelo processo de digestão, são absorvidas e enviadas a todas as células onde poderão exercer suas funções, mas a principal delas é a produção de energia. Assim que entra na célula é acionada uma cascata de reações de vias metabólicas importantes, chamadas de catabolismo, que visa produzir ATP (molécula energética da célula) e dsiponibiliza-lo à célula. Algumas vias acionadas visam a inicialmente a quebra da glicose, como a Glicólise; outras visam a produção de energia anaerobiamente, como a Glicólise Anaeróbia, ou Fermentação Lática, ou a produção de energia aerobiamente, acionando aí o Ciclo de Krebs e Cadeia de Transporte de Elétrons (Cadeia Respiratória ou Fosforilação Oxidativa).

Os lipídeos, assim como os carboidratos, também desempenham funções importantes, tais como: fonte de energia secundária, reserva de energia, isolamento térmico, proteção e estrutura, já que fazem parte da estrutura das membranas biológicas das células. São moléculas anfipáticas, que apresentam uma porção que “gosta da água” (polar ou hidrofílica) e uma porção maior que “não gosta de água” (apolar ou hidrofóbica). Apresentam em sua estrutura química básica uma quantidade menor de átomos de oxigênio que as dos carboidratos, e são constituídos principalmente por ácidos graxos.

Os ácidos graxos são formados por um ácido carboxílico ligado a uma longa cadeia hidrocarbonada. Um ácido carboxílico apresenta um átomo de oxigênio ligado através de uma dupla ligação a um átomo de carbono e um grupamento hidroxila – OH – ligado a este mesmo átomo de carbono. Esta é a porção polar da molécula (que “gosta da água”). A porção apolar é formada por uma cadeia longa hidrocarbonada, que contém apenas átomos de carbono ligados a átomos de hidrogênio.

Os ácidos graxos, que são considerados os monômeros dos lipídeos, podem ou não fazer parte da estrutura dos lipídeos mais complexos, como é o caso dos Triglicerídeos. Estes são moléculas importantes, pois são abundantes na dieta humana, além de serem a forma de armazenamento de energia no tecido adiposo. Estas moléculas são formadas pela união de três ácidos graxos a uma molécula de glicerol (um álcool com três carbonos). Logo, os triglicerídeos são um tipo de éster.

Há também o Colesterol, um lipídeo que não apresenta ácidos graxos em sua estrutura, sendo formado por cadeias longas e cíclicas de carbonos, hidrogênios e oxigênios que exercem funções bastante dinâmicas no organismo, como precursor dos hormônios esteróides e determinante do grau de fluidez nas membranas biológicas.

As proteínas são moléculas que possuem como monômeros 20 aminoácidos diferentes, que podem ser classificados como essenciais ou não essências, e que se combinam entre si, por intermédio da Tradução ou Síntese Protéicapara formar diversos tipos de proteínas. Durante este processo de ligação entre os aminoácidos, estes começam a se organizar em uns arranjos espaciais enovelado, que inicialmente caracteriza-se por uma cadeia linear de aminoácidos – a estrutura primáriada proteína. Após o primeiro dobramento atingem uma estrutura secundáriae por fim, completando o mais alto grau de enovelamento de uma proteína, a estrutura terciária, estrutura esta que está associada a sua forma, e consequentemente a sua função biológica.

Os aminoácidos, diferentemente dos carboidratos e lipídeos, possuem na sua estrutura química, além de carbonos, hidrogênios e oxigênios, que compõem seu esqueleto carbônico, o nitrogênio, que forma o grupo amino.

Devido à multiplicidade de combinações possíveis entre os aminoácidos, é difícil quantificar a quantidade de proteínas que o organismo pode produzir, mas sabemos que este número é bastante alto, e assim permite que as proteínas exerçam funções das mais variadas, como defesas, atividade enzimática (enzimas), estrutura e transporte, dentre outras.

As proteínas não ficam armazenadas no organismo justamente por conter o nitrogênio, que é uma substância tóxica. Por isso, quando os aminoácidos são absorvidos, estes são utilizados na síntese de novas proteínas e o excedente vai ativar reações importantes no intuito de retirar o grupo amino da molécula e excretá-lo, através do Ciclo da Uréia, e produzir energia a partir do esqueleto carbônico restante.

Já os ácidos nucléicos são polímeros de nucleotídeos. Os nucleotídeos são moléculas complexas, formadas pela ligação entre uma pentose (um monossacarídeo com cinco carbonos), uma base nitrogenada e um ou mais grupos fosfato (PO4-3).

Há dois tipos de pentoses presentes na formação dos nucleotídeos: a desoxirribose e a ribose. E cinco tipos de bases nitrogenadas: a adenina, a timina, a uracila, a guanina e a citosina.

O ácido desoxirribonucléico, mais conhecido como DNA, é formado por nucleotídeos que contém desoxirribose, enquanto o ácido ribonucléico, ou RNA, é formado por nucleotídeos que contém ribose.

Desoxirribonucleotídeos, ou nucleotídeos que contém desoxirribose podem conter como bases nitrogenadas a adenina, a timina, a guanina e a citosina, enquanto os ribonucleotídoes, que contém ribose, podem conter adenina, uracila, guanina e citosina. Isso implica que a uracila é uma base nitrogenada presente apenas no RNA, enquanto a timina é exclusiva do DNA.

Além disso, a organização espacial das moléculas de DNA e RNA é diferente. O DNA é formado por duas fitas, cada uma constituída por uma série de nucleotídeos ligados entre si através de ligações fosfodiéster. Estas fitas, por sua vez, interagem uma com a outra por intermédio de pontes de hidrogênio formadas entre as bases nitrogenadas que constituem seus desoxirribonucleotídeos. Sempre haverá formação de pontes de hidrogênio (ou pareamento) entre uma adenina de uma fita e a timina de outra, e a citosina de uma fita com a guanina da outra.

Já o RNA é formado por uma fita única, onde os ribonucleotídeos também interagem através de ligações fosfodiéster, e pode ser de três tipos diferentes: RNA mensageiro, RNA ribossômico e RNA transportador.

Você vai estudar com mais detalhe de que forma a sequência de bases que constitui o DNA forma um código que será “transferido” para o RNA mensageiro e em seguida, com a participação de todos os tipos de RNA, vai determinar a estrutura primária das proteínas que uma célula produz. Este código é conhecido como código genético e determina a forma como o núcleo controla o metabolismo celular, bem como as informações que serão encaminhadas às células filhas através dos processos de divisão celular.

Bibliografia de apoio

CAMPBELL, Mary K. Bioquímica. 3ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2000.

FROTA-PESSOA, O. Os Caminhos da Vida – estrutura e ação. São Paulo: Scipione, 2001.

MARZZOCO, A. & TORRES, B.B. Bioquímica Básica. 2ª ed. Rio de Janeiro: Guanabara-Koogan, 1999.

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