EM1

O núcleo celular


O pesquisador escocês Robert Brown (1773- 1858) é considerado o descobridor do núcleo celular. Embora muitos citologistas anteriores a ele já tivessem observados núcleos, não haviam compreendido a enorme importância dessas estruturas para a vida das células. O grande mérito de Brown foi justamente reconhecer o núcleo como componente fundamental das células. O nome que ele escolheu expressa essa convicção: a palavra “núcleo” vem do grego nux, que significa semente. Brown imaginou que o núcleo fosse a semente da célula, por analogia aos frutos.

Hoje, sabemos que o núcleo é o centro de controle das atividades celulares e o “arquivo” das informações hereditárias, que a célula transmite às suas filhas ao se reproduzir.

Os componentes do núcleo

O núcleo das célula que não estão em processo de divisão apresenta um limite bem definido, devido à presença da carioteca ou membrana nuclear, visível apenas ao microscópio eletrônico.

A maior parte do volume nuclear é ocupada por uma massa filamentosa denominada cromatina. Existem ainda um ou mais corpos densos (nucléolos) e um líquido viscoso (cariolinfa ou nucleoplasma).

A carioteca

A carioteca (do grego karyon, núcleo e theke, invólucro, caixa) é um envoltório formado por duas membranas lipoprotéicas cuja organização molecular é semelhante as demais membranas celulares. Entre essas duas membranas existe um estreito espaço, chamado cavidade perinuclear.

A face externa da carioteca, em algumas partes, se comunica com o retículo endoplasmático e, muitas vezes, apresenta ribossomos aderidos à sua superfície. Neste caso, o espaço entre as duas membranas nucleares é uma continuação do espaço interno do retículo endoplasmático.

Poros da carioteca

A carioteca é perfurada por milhares de poros, através das quais determinadas substâncias entram e saem do núcleo. Os poros nucleares são mais do que simples aberturas. Em cada poro existe uma complexa estrutura protéica que funciona como uma válvula, abrindo-se para dar passagem a determinadas moléculas e fechando-se em seguida. Dessa forma, a carioteca pode controlar a entrada e a saída de substâncias.

A face interna da carioteca encontra-se a lâmina nuclear, uma rede de proteínas que lhe dá sustentação. A lâmina nuclear participa da fragmentação e da reconstituição da carioteca, fenômenos que ocorrem durante a divisão celular.

A cromatina

A cromatina (do grego chromatos, cor) é um conjunto de fios, cada um deles formado por uma longa molécula de DNA associada a moléculas de histonas, um tipo especial de proteína. Esses fios são os cromossomos.

Quando se observam núcleos corados ao microscópio óptico, nota-se que certas regiões da cromatina se coram mais intensamente do que outras. Os antigos citologistas já haviam observados esse fato e imaginado, acertadamente, que as regiões mais coradas correspondiam a porções dos cromossomos mais enroladas, ou mais condensadas, do que outras.

Para assinalar diferenças entre os tipos de cromatina, foi criado o termo heterocromatina (do grego heteros, diferente), que se refere à cromatina mais densamente enrolada. O restante do material cromossômico, de consistência mais frouxa, foi denominado eucromatina (do grego eu, verdadeiro).

Os nucléolos

Na fase que a célula eucariótica não se encontra em divisão é possível visualizas vários nucléolos, associados a algumas regiões específicas da cromatina. Cada nucléolo é um corpúsculo esférico, não membranoso, de aspecto esponjoso quando visto ao microscópio eletrônico, rico em RNA ribossômico (a sigla RNA provém do inglês RiboNucleic Acid). Este RNA é um ácido nucléico produzido a partir o DNA das regiões específicas da cromatina e se constituirá um dos principais componentes dos ribossomos presentes no citoplasma.

É importante perceber que ao ocorrer a espiralação cromossômica os nucléolos vão desaparecendo lentamente. Isso acontece durante os eventos que caracterizam a divisão celular. O reaparecimento dos nucléolos ocorre com a desespiralação dos cromossomos, no final da divisão do núcleo.

Cromossomos da célula em divisão

Quando a célula vai se dividir, o núcleo e os cromossomos passam por grandes modificações. Os preparativos para a divisão celular têm inicio com a condensação dos cromossomos, que começam a se enrolar sobre si mesmos, tornando-se progressivamente mais curtos e grossos, até assumirem o aspecto de bastões compactos.

Constrições cromossômicas

Durante a condensação cromossômica, as regiões eucromáticas se enrolam mais frouxamente do que as heterocromáticas, que estão condensadas mesmo durante a interfase. No cromossomo condensado, as heterocromatinas, devido a esse alto grau de empacotamento, aparecem como regiões “estranguladas” do bastão cromossômico, chamadas constrições.

Centrômero e cromátides

Na célula que está em processo de divisão, cada cromossomo condensado aparece como um par de bastões unidos em um determinado ponto, o centrômero. Essas duas “metades” cromossômicas, denominadas cromátides-irmãs são idênticas e surgem da duplicação do filamento cromossômico original, que ocorre na interfase, pouco antes de a divisão celular se iniciar.

Durante o processo de divisão celular, as cromátides-irmãs se separam: cada cromátide migra para uma das células-filhas que se formam.

O centrômero fica localizado em uma região heterocromática, portanto em uma constrição que contém o centrômero é chamada constrição primária, e todas as outras que porventura existam são chamadas constrições secundárias.

As partes de um cromossomo separadas pelo centrômero são chamadas braços cromossômicos. A relação de tamanho entre os braços cromossômicos, determinada pela posição do centrômero, permite classificar os cromossomos em quatro tipos:

• metacêntrico: possuem o centrômero no meio, formando dois braços de mesmo tamanho;

• submetacêntricos: possuem o centrômero um pouco deslocado da região mediana, formando dois braços de tamanhos desiguais;

• acrocêntricos: possuem o centrômero bem próximo a uma das extremidades, formando um braço grande e outro muito pequeno;

• telocêntricos: possuem o centrômero em um das extremidades, tendo apenas um braço.

Cromossomos e genes

O que são genes?

As moléculas de DNA dos cromossomos contêm “receitas” para a fabricação de todas as proteínas da célula. Cada “receita” é um gene.

Portanto, o gene é uma seqüência de nucleotídeos do DNA que pode ser transcrita em uma versão de RNA e conseqüentemente traduzida em uma proteína.

++++++++++++++++++++++++++++++



Metabolismo energético das células


Energia para a vida

Um dos principais fatores limitantes a vida dos seres vivos é a obtenção de energia para as suas atividades. De acordo com a teoria heterotrófica, os primeiros seres vivos seriam procariontes heterotróficos vivendo num meio aquático, de onde retirariam nutrientes, formados na atmosfera e acumulados nos lagos e oceanos primitivos.

Devido a sua grande simplicidade, estes seres utilizariam processos igualmente rudimentares para retirar energia dessas moléculas de que se alimentavam. Esse mecanismo seria semelhante à fermentação realizada ainda por muitos organismos atuais.
Há mais de 2 bilhões de anos, surgiram os primeiros organismos autotróficos, procariontes capazes de produzir o seu próprio alimento através da fotossíntese. Este processo revolucionário, além de permitir a sobrevivência dos autotróficos, também serviu aos heterotróficos, que passaram a alimentar-se deles.

A fotossíntese levou à acumulação de oxigênio na atmosfera terrestre, permitindo a algumas linhagens de procariontes tirar partido do poder oxidante dessa molécula para retirar muito mais energia dos nutrientes, através da respiração.

Os organismos retiram energia das mais diversas moléculas orgânicas (açucares, aminoácidos, ácidos graxos, etc.), mas a glicose é a mais frequente, tanto na fermentação como na respiração. Para a fermentação ou respiração os organismos heterotróficos obtém a glicose se alimentado dos únicos que produzem glicose, os organismos autotróficos fotossintetizantes.

Atualmente, apenas algumas bactérias e fungos utilizam o processo de fermentação para obter energia. Todos os outros organismos, sejam autótrofos (algas e plantas) ou heterótrofos (algumas bactérias, fungos e protozoários e animais), se utilizam da respiração aeróbica, um processo de obtenção de energia muito mais eficiente do que a fermentação.

A glicose e o metabolismo

  Como já vimos, nos seres vivos o combustível mais utilizado é a glicose, substância altamente energética cuja quebra no interior das células libera a energia armazenada nas ligações químicas e produz resíduos, entre eles gás carbônico e água.

A energia liberada é utilizada na execução de atividades metabólicas: síntese de diversas substâncias, eliminação de resíduos tóxicos produzidos pelas células, geração de atividade elétrica nas células nervosas, circulação do sangue etc.

O conjunto de reações químicas e de transformações de energia, incluindo a síntese (anabolismo) e a degradação de moléculas (catabolismo), constituí o metabolismo.

Toda vez que o metabolismo servir para a construção de novas moléculas que tenha uma finalidade biológica, falamos em anabolismo. Por exemplo: a realização de exercícios que conduzem a um aumento da massa muscular de uma pessoa envolve a síntese de proteínas nas células musculares.

Por outro lado, a decomposição de substâncias, que ocorre, por exemplo, no processo de respiração celular, com a liberação de energia para a realização das atividades celulares, constituí uma modalidade de metabolismo conhecida como catabolismo.

Associe anabolismo à síntese e catabolismo a decomposição de substâncias. De modo geral essas duas modalidades ocorrem juntas.

Durante o catabolismo, que ocorre nos processos energéticos, por exemplo, a energia liberada em decorrência da utilização dos combustíveis biológicos poderá ser canalizada para as reações de síntese de outras substâncias, que ocorre no anabolismo.

Energia sob a forma de ATP

Cada vez que ocorre a desmontagem da molécula de glicose, a energia não é simplesmente liberada para o meio. A energia é transferida para outras moléculas (chamadas de ATP - Adenosina Trifosfato), que servirão de reservatórios temporários de energia, “bateriazinhas” que poderão liberar “pílulas” de energia nos locais onde estiverem.

No citoplasma das células é comum a existência de uma substância solúvel conhecida como adenosina difosfato, ADP. É comum também a existência de radicais solúveis livres de fosfato inorgânico (que vamos simbolizar por Pi), ânions monovalentes do ácido ortofosfórico. Cada vez que ocorre a liberação de energia na respiração aeróbica, essa energia liga o fosfato inorgânico (Pi) ao ADP, gerando ATP. Como o ATP também é solúvel ele se difunde por toda a célula.

A ligação do ADP com o fosfato é reversível. Então, toda vez que é necessário energia para a realização de qualquer trabalho na célula, ocorre a conversão de algumas moléculas de ATP em ADP + Pi e a energia liberada é utilizada pela célula. A recarga dos ADP ocorre toda vez que há liberação de energia na desmontagem da glicose, o que ocorre na respiração aeróbia ou na fermentação.


A estrutura do ATP

O ATP é um composto derivado de nucleotídeo em que a adenina é a base e o açúcar é a ribose. O conjunto adenina mais ribose é chamado de adenosina. A união de adenosina com três radicais fosfato leva ao composto adenosina trifosfato, ATP. As ligações que mantêm o segundo e o terceiro radicais fosfato presos no ATP são altamente energéticas (liberam cerca de 7 Kcal/mol de substância).

Assim, cada vez que o terceiro fosfato se desliga do conjunto, ocorre a liberação de energia que o mantinha unido ao ATP. É esta energia que é utilizada quando andamos, falamos, pensamos ou realizamos qualquer trabalho celular.

Fotossíntese

A fotossíntese é o principal processo autotrófico e é realizada pelos seres clorofilados, representados por plantas, alguns protistas,  bactérias fotossintetizantes e cianobactérias.

Na fotossíntese realizada pelos seres fotossintetizantes, com exceção das bactérias, gás carbônico (CO2) e água (H20) são usados para a síntese de carboidratos, geralmente a glicose. Nesse processo há a formação de oxigênio (O2), que é liberado para o meio.

A fotossíntese realizada pelas bactérias fotossintetizantes difere em muitos aspectos da realizada pelos demais organismos fotossintetizantes, como veremos a seguir.

A fórmula geral da produção de glicose pela fotossíntese dos eucariotos e cianobactérias é:

Essa equação mostra que, na presença de luz e clorofila, o gás carbônico e a água são convertidos em uma hexose – neste exemplo, a glicose - havendo liberação de oxigênio.

Os seres fotossintetizantes são fundamentais para a manutenção da vida em nosso planeta, pois são a base da maior parte das cadeias alimentares e produzem oxigênio, gás mantido na atmosfera em concentrações adequadas graças principalmente a atividade fotossintética.

Origem do oxigênio e fotossíntese bacteriana

O oxigênio liberado pela fotossíntese realizada pelos eucariontes e pelas cianobactérias provém da água, e não do gás carbônico, como se pensava antigamente.

O primeiro pesquisador a propor isso foi Cornelius Van Neil, na década de 1930, quando estudava bactérias fotossintetizantes. Ele verificou que as bactérias vermelhas sulfurosas (ou tiobactérias púrpuras) realizavam uma forma particular de fotossíntese em que não havia necessidade de água nem formação de oxigênio. Essas bactérias usam gás carbônico e sulfeto de hidrogênio (H2S) e produzem carboidrato e enxofre.

Essa interpretação foi confirmada posteriormente, na década de 1940, por experimentos em que pesquisadores forneciam às plantas água cujo oxigênio era de massa 18 (O18, isótopo pesado do oxigênio) em vez de 16 (O16), como o oxigênio da água comum. Eles verificaram que o oxigênio liberado pela fotossíntese era o O18, corroborando a interpretação de Van Neil. 

Ficou comprovado, então, que o oxigênio liberado durante a fotossíntese dos eucariontes e das cianobactérias provém da água e não do gás carbônico.

Onde ocorre a fotossíntese?

Nos organismos mais simples, como as cianobactérias, a fotossíntese ocorre no hialoplasma, que é onde se encontram diversas moléculas de clorofila, associadas a uma rede interna de membranas, que são extensões da membrana plasmática. Recorde que as cianobactérias são procariontes e não possuem organelas dotadas de membranas. Por outro lado, nos organismos eucariontes a fotossíntese ocorre totalmente no interior do cloroplasto.

Os Cloroplastos

Os plastos ou plastídios é um grupo de organelas específicas de células vegetais, que possuem características semelhantes com as mitocôndrias como: membrana dupla, DNA próprio e origem endosimbionte.

Os plastos desenvolvem-se a partir de proplastídeos, que são organelas pequenas presentes nas células imaturas dos meristemas vegetais e desenvolvem-se de acordo com as necessidades da célula, surgindo diferentes tipos de plastos como: os cromoplastos (que contêm pigmentos), os leucoplastos (sem pigmento), etioplastos (que se desenvolvem na ausência de luz), amiloplastos (que acumulam amido como substância de reserva), proteoplastos (que armazenam proteína) e os oleoplastos (acumulam lipídeos).

Os cloroplastos são um tipo de cromoplastos que contém pigmento chamado clorofila, que são capazes de absorver a energia eletromagnética da luz solar e a convertem em energia química por um processo chamado fotossíntese. 

As células vegetais e as algas verdes possuem um grande número de cloroplastos, de forma esférica ou ovoide, variando de tamanho de acordo com o tipo celular, e são bem maiores que as mitocôndrias.

Origem evolutiva dos cloroplastos

Acredita-se que os cloroplastos tenham se originado de organismos procariontes fotossintéticos (algas azuis), que se instalaram em células primitivas eucariontes aeróbicas por endossimbiose.

Essa simbiose há cerca de 1,2 bilhões de anos, teria dado origem às algas vermelhas, depois as algas pardas e verdes e aos vegetais superiores. 

Durante o processo evolutivo, as bactérias precursoras dos cloroplastos transferiram parte de seu material genético para o DNA da célula hospedeira, assim passaram a depender do genoma da célula hospedeira para a produção de muitas de suas proteínas. 

Esta origem é semelhante ao da mitocôndria, mas existem diferenças como o tamanho das organelas, o cloroplasto é bem maior que a mitocôndria, e a fonte de energia é diferente, o cloroplasto usa energia luminosa enquanto a mitocôndria usa energia química.

Composição química dos cloroplastos

Os cloroplastos são as organelas mais evidentes das células vegetais. Ela é composta por 50% de proteínas, 35% de lipídeos, 5% de clorofila, água e carotenoides. Parte das proteínas são sintetizadas pelo núcleo da célula, mas os lipídeos são sintetizados dentro da própria organela. 

O número de cloroplastos é regulado pela célula. Existem células que contém apenas um cloroplasto, mais a maioria das células que realizam fotossíntese contém  cerca de 40 a 200 cloroplastos, que se movimentam em função da intensidade de luz e da corrente citoplasmática. 

Semelhantes às mitocôndrias, os cloroplastos são envoltos por duas membranas, uma externa altamente permeável, e uma interna que necessita de proteínas específicas para o transporte de metabólicos, e um espaço intermembrana.

No interior da organela existe uma matriz amorfa chamada estroma que contém várias enzimas, grãos de amido, ribossomos e DNA.

No entanto, a membrana interna do cloroplasto não é dobrada em cristas e não contém uma cadeia transportadora de elétrons. Mergulhado no estroma, existe um sistema de membrana (bicamada) que forma um conjunto de sacos achatados em forma de discos chamados de membrana tilacóide (do grego thylakos, saco).

O conjunto de discos empilhados recebe o nome de granum. O lúmen da membrana tilacóide é chamado de espaço tilacóide. Na membrana exposta ao estroma se localizam as clorofilas que participam da fotossíntese.

Os pigmentos ligados a diferentes proteínas e lipídeos nas membranas dos tilacóides granares e estromáticos formam sistemas complexos de proteínas-clorofila denominados fotossistemas. Há dois tipos de fotossistemas: 

Fotossistema I: localizado na região da membrana voltada para o estroma, são as menores partículas intramembranosas. 

Fotossistema II: localizado em tilacóides granares, formado por partículas maiores.

Sistema genético dos cloroplastos

O genoma plastidial consiste em uma pequena molécula de DNA circular, com características muito semelhantes com das mitocôndrias e das bactérias. 

O DNA dos plastos ocorre em maior quantidade e é mais complexo do que da mitocôndria. Existem 30 a 200 cópias de DNA por organela contendo aproximadamente 120 genes. 

O sequenciamento genético dos cloroplastos de várias plantas levou a identificação de muitos desses genes. Eles transcrevem todos os RNAs ribossômicos que compõem os plastoribossomos e 30 tipos diferentes de RNA transportadores. 

Esse genoma codifica ainda 20 proteínas ribossômicas, 30 proteínas que funcionam na fotossíntese e algumas subunidades de RNA polimerase (proteínas envolvidas na expressão gênica).

Mas mesmo sintetizando suas próprias proteínas, cerca de 90% das proteínas dos cloroplastos são codificadas pelos genes nucleares que são importadas do citosol para a organela.

Luz - Componente indispensável da fotossíntese

A luz que banha a Terra é componente do amplo espectro de radiações eletromagnéticas provenientes do Sol, e que se propagam como ondas. O modo como essas ondas se propagam depende da energia: quanto mais energia uma onda tiver, menor será seu comprimento.

Dentro do amplo espectro de radiações eletromagnéticas, apenas uma pequena parte é visível aos nossos olhos – são as radiações cujos comprimentos de onda vão de 380 a 760 nanômetros. Essas estreitas faixas de comprimento de onda da luz visível corresponde às diferentes cores que são observadas quando se faz passar a luz por um prisma, o que provoca a dispersão (separação) dessas diferentes radiações.

Outra característica importante da luz é a sua natureza corpuscular, ou seja, a luz é característica por incidir na forma de corpúsculos, conhecidos como fótons. Os fótons são considerados “pacotes” de energia associados a cada comprimento de onda partícula. Luz de pequeno comprimento de onda, como a luz violeta, possui fótons altamente energéticos. Luz de grande comprimento de onda, como a vermelha e a laranja, possuem fótons pouco energéticos. Assim, cada radiação luminosa, cada comprimento de onda luminosa, é portadora de uma certa energia. E o fato notável é que as plantas aproveitam essa energia para a produção de matéria orgânica na fotossíntese.

O papel da luz na fotossíntese

A estrutura atômica de determinadas substâncias é tal que as tornam capazes de absorver a luz. Quando a luz incide em um átomo capaz de absorvê-la, alguns elétrons são ativados e elevados a um nível energético superior. O átomo entra em um "estado ativado", rico em energia e muito instável. Quando os elétrons excitados voltam aos seus orbitais normais, o átomo volta ao seu estado-base. Esse retorno é acompanhado pela liberação de energia, como calor ou como luz. A luz emitida dessa forma é chamada fluorescência.

Nos cloroplastos, as moléculas de clorofila possuem essa característica. Entretanto, o seu elétron excitado não devolve a energia captada através da fluorescência, mas a transfere para outras substâncias. Há, portanto, transformação da energia luminosa captada em energia química.

As etapas da fotossíntese

A fotossíntese ocorre em duas grandes etapas, que envolvem várias reações químicas: a primeira é a fase clara (também chamada de fotoquímica) e a segunda é a fase escura (também conhecida como fase química).

Em linhas gerais, os eventos principais da fotossíntese são a absorção da energia da luz pela clorofila; a redução de uma aceptor de elétrons chamado NADP, que passa a NADPH2; a formação de ATP e a síntese de glicose.

A fase escura da fotossíntese não precisa ocorrer no escuro. O que o nome quer indicar é que ela ocorre mesmo na ausência de luz – ela só precisa de ATP e NADH2 para ocorrer.

Fase clara ou fotoquímica: Quebra da água e liberação de oxigênio

Esta fase ocorre na membrana dos tilacóides e dela participam um complexo de pigmentos existente nos grana, aceptores de elétrons, moléculas de água e a luz. Como resultado desta fase temos a produção de oxigênio, ATP (a partir de ADP + Pi) e também a formação de uma substância chamada NADPH2;. Tanto o ATP quanto o NADPH2 serão utilizadas na fase escura.

Na fase clara, a luz penetra nos cloroplastos e atinge o complexo de pigmentos, ao mesmo tempo em que provoca alterações nas moléculas de água. De que maneira essa ação da luz resulta em produtos que podem ser utilizadas na segunda fase da fotossíntese?

Um dos acontecimentos marcantes da fase clara são as chamadas fotofosforilações cíclica e acíclica.

Na fotofosforilação cíclica, ao ser atingida pela luz do Sol, a molécula de clorofila libera elétrons. Esses elétrons são recolhidos por determinadas moléculas orgânicas chamadas aceptores de elétrons, que os enviam a uma cadeia de citocromos (substâncias associadas ao sistema fotossintetizante e que são assim chamadas por possuírem cor). Daí, os elétrons retornam à clorofila.

Você poderá perguntar: qual a vantagem desse ciclo de transporte de elétrons?

A resposta é que ao efetuar o retorno para a molécula de clorofila, a partir dos citocromos, os elétrons liberam energia, pois retornam aos seus níveis energéticos originais. E essa energia é aproveitada para a síntese de moléculas de ATP, que serão utilizadas na fase escura da fotossíntese.

Perceba que o caminho executado pelos elétrons é cíclico. Por esse motivo, costuma-se denominar essa via de fotofosforilação cíclica, devido à ocorrência de síntese de inúmeras moléculas de ATP em um processo cíclico, com a participação da luz e de moléculas de clorofila.

Ao mesmo tempo em que isso ocorre, moléculas de água – ao serem atingidas pela luz do Sol – são “quebradas” (usa-se o termo “fotólise da água” para designar a quebra das moléculas de água) e liberam prótons (H+), elétrons (e-) e moléculas de oxigênio. Os prótons são captados por moléculas de NADP, que se convertem em NADPH2; moléculas de oxigênio são liberados para o meio; e os elétrons voltam para a clorofila, repondo aqueles que ela perdeu no início do processo.

A Etapa Fotoquímica da Fotossíntese

Também é chamada "fase clara" da fotossíntese, uma vez que a sua ocorrência é totalmente dependente da luz. Como se trata de uma etapa que conta com a participação das moléculas de clorofila, acontece no interior dos tilacóides, em cujas faces internas de suas membranas as moléculas desse pigmento fotossintetizante estão "ancoradas".

Nessa etapa, a clorofila, ao ser iluminada, perde elétrons, o que origina "vazios" na molécula. O destino dos elétrons perdidos e a reocupação desses vazios podem obedecer a 2 mecanismos distintos, chamados fotofosforilação cíclica e fotofosforilação acíclica.

A - Fotofosforilação cíclica

No chamado fotossistema I, predomina a clorofila a. Essa, ao ser iluminada, perde um par de elétrons excitados (ricos em energia). Estabelece-se, na molécula da clorofila, um "vazio" de elétrons. O par de elétrons é recolhido por uma série de citocromos, substâncias que aceitam elétrons adicionais, tornando-se instáveis e transferindo esses elétrons para outras moléculas.

À medida que passam pela cadeia de citocromos, os elétrons vão gradativamente perdendo energia, que é empregada na fosforilação (produção de ATP pela união de mais um grupo de fosfato a uma molécula de ADP). Como essa fosforilação é possível graças à energia luminosa, captada pelos elétrons da clorofila, é chamada fotofosforilação.

Após a passagem pela cadeia de citocromos, os elétrons retornam à molécula da clorofila, ocupando o "vazio" que haviam deixado. Como os elétrons retornam para a clorofila, o processo é cíclico.

B - Fotofosforilação acíclica

Esse mecanismo emprega dois sistemas fotossintetizantes: o fotossistema I e o fotossistema II. No fotossistema I, predomina a clorofila a, enquanto no fotossistema II, predomina a clorofila b.

A clorofila a, iluminada, perde um par de elétrons ativados, recolhidos por um aceptor especial, a ferridoxina. Ao mesmo tempo, a clorofila b, excitada pela luz, perde um par de elétrons que, depois de atravessarem uma cadeia de citrocromos, ocupa o "vazio" deixado na molécula da clorofila a. Durante a passagem desses elétrons pela cadeia de citocromos, há liberação de energia e produção de ATP (fosforilação). Como o "vazio de elétrons" da clorofila a não é preenchido pelos mesmos elétrons que saíram dessa molécula, o mecanismo é chamado fotofosforilação acíclica.

No interior dos cloroplastos, a água é decomposta na presença da luz. Essa reação é a fotólise da água (ou reação de Hill).

Fase escura ou química: Produção de Glicose

Nessa fase, a energia contida nos ATP e os hidrogênios dos NADPH2, serão utilizados para a construção de moléculas de glicose. A síntese de glicose ocorre durante um complexo ciclo de reações (chamado ciclo das pentoses ou ciclo de Calvin-Benson), do qual participam vários compostos simples.

Durante o ciclo, moléculas de CO2 unem-se umas as outras formando cadeias carbônicas que levam à produção de glicose. A energia necessária para o estabelecimento das ligações químicas ricas em energia é proveniente do ATP e os hidrogênio que promoverão a redução dos CO2 são fornecidos pelos NADPH2.

O Ciclo de Calvin

O ciclo começa com a reação de uma molécula de CO2 com um açúcar de cinco carbonos conhecido como ribulose difosfato catalisada pela enzima rubisco (ribulose bifosfato carboxilase/oxigenase, RuBP), uma das mais abundantes proteínas presentes no reino vegetal. 

Forma-se, então, um composto instável de seis carbonos, que logo se quebra em duas moléculas de três carbonos (2 moléculas de ácido 3-fosfoglicérico ou 3-fosfoglicerato, conhecidas como PGA). O ciclo prossegue até que no final, é produzida uma molécula de glicose e é regenerada a molécula de ribulose difosfato.

Note, porém, que para o ciclo ter sentido lógico, é preciso admitir a reação de seis moléculas de CO2 com seis moléculas de ribulose difosfato, resultando em uma molécula de glicose e a regeneração de outras seis moléculas de ribulose difosfato.

A redução do CO2 é feita a partir do fornecimento de hidrogênios pelo NADH2 e a energia é fornecida pelo ATP. Lembre-se que essas duas substâncias foram produzidas na fase clara. 

O esquema apresentado é uma simplificação do ciclo de Calvin: na verdade, as reações desse ciclo se parecem com as que ocorrem na glicólise, só que em sentido inverso.

É correto admitir, também, que o ciclo origina unidades do tipo CH2O, que poderão ser canalizadas para a síntese de glicose, sacarose, amido e, inclusive, aminoácidos, ácidos graxos e glicerol.

 Fatores que influenciam a fotossíntese

A intensidade com a qual uma célula executa a fotossíntese pode ser avaliada pela quantidade de oxigênio que ela libera para o ambiente, ou pela quantidade de CO2 que ela consome.

Quando se mede a taxa de fotossíntese de uma planta, percebe-se que essa taxa pode aumentar ou diminuir, em função de certos parâmetros. Esses parâmetros são conhecidos como fatores limitantes da fotossíntese. A fotossíntese tem alguns fatores limitantes, alguns intrínsecos e outros extrínsecos.

Fatores limitantes intrínsecos

Disponibilidade de pigmentos fotossintetizantes

Como a clorofila é a responsável principal pela captação da energia luminosa, a sua falta restringe a capacidade de captação da energia e a possibilidade de produzir matéria orgânica.

Disponibilidade de enzimas e de cofatores

Todas as reações fotossintéticas envolvem a participação de enzimas e de cofatores, como os aceptores de elétrons e os citocromos. A sua quantidade deve ser ideal, para que a fotossíntese aconteça com a sua intensidade máxima.

Fatores limitantes extrínsecos

A concentração de CO2

  O CO2 (gás carbônico ou dióxido de carbono) é o substrato empregado na etapa química como fonte do carbono que é incorporado em moléculas orgânicas. As plantas contam, naturalmente, com duas fontes principais de CO2: o gás proveniente da atmosfera, que penetra nas folhas através de pequenas aberturas chamadas estômatos, e o gás liberado na respiração celular. 

Sem o CO2, a intensidade da fotossíntese é nula. Aumentando-se a concentração de CO2 a intensidade do processo também se eleva. Entretanto, essa elevação não é constante e ilimitada. Quando todo o sistema enzimático envolvido na captação do carbono estiver saturado, novos aumentos na concentração de CO2 não serão acompanhados por elevação na taxa fotossintética.

A Temperatura

 

Na etapa química, todas as reações são catalisadas por enzimas, e essas têm a sua atividade influenciada pela temperatura. 

De modo geral, a elevação de 10 °C na temperatura duplica a velocidade das reações químicas. 

Entretanto, a partir de temperaturas próximas a 40 °C, começa a ocorrer desnaturação enzimática, e a velocidade das reações tende a diminuir. 

Portanto, existe uma temperatura ótima na qual a atividade fotossintetizante é máxima, que não é a mesma para todos os vegetais.

O comprimento de onda

  A assimilação da luz pelas clorofilas a e b, principalmente, e secundariamente pelos pigmentos acessórios, como os carotenoides, determina o espectro de ação da fotossíntese.

Nota-se a excelente atividade fotossintética nas faixas do espectro correspondentes à luz violeta/azul e à luz vermelha, e à pouca atividade na faixa do verde. 

Para que uma planta verde execute a fotossíntese com boa intensidade, não se deve iluminá-la com luz verde, uma vez que essa luz é quase completamente refletida pelas folhas.

Intensidade luminosa

  Quando uma planta é colocada em completa obscuridade, ela não realiza fotossíntese. Aumentando-se a intensidade luminosa, a taxa da fotossíntese também aumenta. Todavia, a partir de um certo ponto, novos aumentos na intensidade de iluminação não são acompanhados por elevação na taxa da fotossíntese. A intensidade luminosa deixa de ser um fator limitante da fotossíntese quando todos os sistemas de pigmentos já estiverem sendo excitados e a planta não tem como captar essa quantidade adicional de luz. Atingiu-se o ponto de saturação luminosa.

Aumentando-se ainda mais a intensidade de exposição à luz, chega-se a um ponto a partir do qual a atividade fotossintética passa a ser inibida. Trata-se do ponto de inibição da fotossíntese pelo excesso de luz.

=========================

Características das Células: Tamanho, Forma, Funções, Tipos e Núcleo

Como regra geral as células possuem um tamanho inferior ao que a visão humana é capaz de distinguir. Existem exceções.

Para medir o diâmetro de uma célula nós usamos uma unidade de medida diferente, o micrometro. Equivalente a um milionésimo de metro (0,000 001), ele é representado por um símbolo específico e nós seres humanos só enxergamos a partir de 100 micrometros.

A maior parte das células possui um tamanho inferior, mas existem casos que fogem a regra como por exemplo os óvulos humanos e alguns organismos unicelulares. A bainha das folhas de bananeira também possui células maiores do que 100 micrometros que podem, portanto, ser vistas sem a ajuda de aparelhagem.

Os outros tipos de células contam com o apoio de microscópios ópticos, eletrônicos, de transmissão e de varredura para serem estudadas, sendo que cada um deles tem um uso mais específico. As células também podem ser classificadas de acordo com o núcleo.

Elas podem ser anucleadas, mononucleadas, binucleadas ou multinucleadas. 

Além do tamanho, as células possuem formas diferenciadas, de acordo com sua função e estrutura. As formas mais comuns são: célula amebóide (glóbulos brancos), célula ovóide (hemácias), célula de projeção (célula de glândula), célula neuronal (célula nervosa), célula amebóide (leucócito), célula estriada (célula do músculo), célula pavimentosa (célula da pele), célula lisa e célula caliciforme (língua).

Como já foi dito, a forma da célula está diretamente ligada a sua função no nosso organismo. Mas como as células assumem suas funções sendo que todos nos originamos de apenas uma célula, a célula zigoto??? A resposta para isso está a diferenciação, momento em que grupos de células se especializam em determinadas funções durante a divisão.

Dessa forma passamos a ter células específicas para cada parte do corpo sendo que o conjunto dessas células que atuam juntas recebe o nome de tecido e é estudado pela Histologia.

Os envoltórios celulares

A célula não pode se manter viva, sem trocar substâncias com o meio, pois precisa receber nutrientes e oxigênio e eliminar resíduos de seu metabolismo. Assim, estudaremos seus envoltórios celulares.

1. A Membrana Plasmática ou Plasmalema ou Membrana Celular ou Membrana Citoplasmática:

 Está presente em todas as células, por isso, universal.

 É uma  membrana lipoprotéica, constituída principalmente de fosfolipídios e proteínas.

Possui grande permeabilidade Seletiva: capacidade de selecionar as substâncias que entram e saem da célula.

Gera proteção ao conteúdo celular, dar formato característico a célula.

Composta por lipídeos e proteínas, lipoproteica.

O principal lipídeo que constitui a membrana é o fosfolipídeo .

De acordo com o modelo proposto por Singer e Nicholson, chamado mosaico fluído, a membrana é composta por duas camadas de lipídeos (bicamada lipídica) com proteínas inseridas integralmente e perifericamente.

Os fosfolipídeos apresentam sua cabeça hidrofílica para fora da membrana e sua cauda hidrofóbica no interior da membrana. É o lipídeo que isola o conteúdo intracelular do meio.

As proteínas são responsáveis pelo trânsito de substâncias através da membrana. Proteínas fazem reconhecimento de substâncias como hormônios e antígenos.

Especializações de membrana

Dependendo da função da célula podem ocorrer modificações na membrana plasmática, permitindo que a células execute sua função com maior eficiência.

1) Microvilosidades

– dobras no ápice da célula.

– aumento a superfície de contato.

Ex: ocorre nas células que revestem o intestino delgado, aumentando a superfície de absorção.

2) Cílios

– estruturas curtas e numerosas.

– função de: locomoção em protozoários como Paramecium; filtração no revestimento da traquéia.

3) Flagelos

– estruturas longas em números reduzidos.

– função: deslocamento celular com em espermatozoides, protozoários flagelados (mastigóforos).

4) Desmossomos

– união entre duas membranas lateralmente, através de proteínas cimentantes.

– função: aumentar a adesão entre as células vizinhas.

Ex: epiderme da pele.

5) Interdigitações

– dobras (invaginações e evaginações) que se encaixam.

– função: aumentar a aderência celular.

Ex: tecidos de revestimento do intestino e estômago.

Envoltórios externos à Membrana Plasmática

- Glicocálix   presente nas células animais e de muitos protistas;

- Parede celular    presente na maioria das bactérias, nas cianobactérias, em alguns protistas, nos fungos e nas plantas.

Do grego glykys = glicídios; calix, do latim calyx= envoltório,

Ocorre externamente à membrana plasmática da maioria das células animais e de muitos protistas.

Formado por uma camada frouxa de glicídios, associados aos lipídios e às proteínas da membrana.

Proporciona resistência à membrana plasmática

Constitui uma barreira contra agentes físicos e químicos do meio externo;

Confere às células a capacidade de se reconhecerem;

Forma uma malha que retém nutrientes e enzimas ao redor das células, de modo a manter nessa região um meio externo adequado.

- Parede celular

É constituída basicamente de sílica ou de celulose.

Reduz a perda de água e promove a rigidez das células.

Em bactérias e cianobactérias, a parede celular é formada por peptideoglicano (moléculas grandes constituídas por moléculas menores de açúcares associados a aminoácidos).

Em células vegetais jovens, por ser muito fina a parede celular é primária.

Em células adultas apresenta espessamentos, então será uma parede celular secundária.

Possui pontos de contato entre células vizinhas, onde não há deposição de celulose chamados de Plasmodesmos (responsável pelo intercambio de material entre as células).

*******************************

Ácidos Nucleicos

A informação que uma célula necessita durante a sua vida e a de seus descendentes, está codificada nas fitas dos ácidos nucleicos, moléculas armazenadoras e transmissoras de informação nos seres vivos. Esta informação traduzida em proteínas permite que a célula execute as funções necessárias à sobrevivência do organismo, à perpetuação da espécie e à adaptação ao meio.
DNA e RNA
Existem dois tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico ou DNA (dupla fita) e ácido ribonucleico ou RNA (fita simples). Ambos são polímeros lineares de nucleotídeos conectados entre si via ligações covalentes que no caso específico são denominadas ligações fosfodiéster.
Os Nucleotídeos, unidades básicas dos ácidos nucleicos, são constituídos de:
> Uma pentose (açúcar com cinco carbonos);
> Uma base nitrogenada (composto orgânico cíclico contendo átomos de nitrogênio): purina (dois anéis heterocíclico fundidos) ou pirimidina (um anel heterocíclico);

> Um grupo fosfato.



A pentose é o elo entre a base nitrogenada (purina ou pirimidina) e o grupo fosfato. De um lado, o Nitrogênio 9 das purinas ou o Nitrogênio 1 das pirimidinas liga-se ao C1′ da pentose e, de outro lado, o grupo carboxila do átomo C5′ da pentose participa da ligação éster com o grupo fosfato (ligação fosfodiéster).

1.  A diferença básica entre DNA e RNA, no que diz respeito aos monômeros constituintes destas moléculas, está na presença ou ausência de um grupo hidroxila no C2’ da Pentose.

> No RNA a pentose é uma ribose.

> No DNA a pentose é uma 2-desoxirribose.

2. Outra diferença entre estas macromoléculas está nas Bases Nitrogenadas.    

> As bases do DNA são Adenina, Guanina, Citosina e Timina.

> As bases do RNA são Adenina, Guanina, Citosina e Uracila.

Adenina (A) e Guanina (G) são Purinas de 9 átomos que se formam pela fusão de dois anéis heterocíclicos, de 5 e 6 átomos (C e N).

Timina (T), Citosina (C) e Uracila (U) são Pirimidinas, constituídas de um anel heterocíclico de 6 átomos (C e N). Timina e Uracila diferem apenas pelo grupo metila (CH3), no átomo C5 do anel pirimídico da Timina.

As diferenças entre RNA e DNA não se restringem aos tipos de monômeros.

3. Estrutura: O DNA é uma longa hélice dupla de nucleotídeos com uma estrutura secundária regular e simples, enquanto os RNAs são, geralmente, moléculas de uma única fita de nucleotídeos, bem menores que o DNA, apresentando, todavia, uma enorme diversidade de estruturas, pois podem dobrar-se sobre si mesmas estabelecendo pareamentos intramoleculares das bases e gerando estruturas complexas com segmentos de hélices duplas.

As duplas hélices dos ácidos nucleicos são mantidas por pontes de hidrogênio que se estabelecem entre purinas e pirimidinas complementares. No DNA, Adenina sempre pareia com Timina (AT) e Guanina com Citosina (GC). Na formação das diversas estruturas secundárias do RNA, a Adenina pareia com Uracila (AU) e Guanina com Citosina (GC).

4.  Estabilidade: A molécula de DNA é mais estável e regular que as moléculas de RNA. A estabilidade e regularidade estrutural da molécula de DNA são consequência, principalmente, do fato dos anéis de desoxirribose não possuírem grupos hidroxila no C2′. No RNA, os grupos hidroxila, muito reativos, estando presentes tanto no C2′ como do C3′ podem participar de uma série de ligações pouco usuais permitindo uma variedade enorme de conformações para a molécula.

5. Funções: A função primordial da molécula de DNA tem sido o armazenamento e transmissão da informação genética durante os milhões de anos de evolução, daí a necessidade de estabilidade e regularidade. O RNA, mais reativo e flexível, pode exercer várias funções basicamente porque, sendo fita simples, sofre emparelhamento intramoleculares de bases gerando estruturas bastante complexas permitindo a execução de muitas tarefas dentro da célula:

> Aos RNA Mensageiro (mRNA), RNA Transportador (tRNA) e RNA Ribossômico (rRNA) cabe interpretar o código contido na linguagem dos nucleotídeos e descodificá-lo (traduzi-lo) para a linguagem de aminoácidos constituindo-se em intermediários no fluxo de informações dentro da célula, do DNA às Proteínas.

> A alguns tipos de RNA pequenos que não codificam proteínas cabe  controlar a expressão gênica envolvendo-se no processamento do pré-mRNA, na edição do RNA, na transcrição reversa ou na manutenção dos telômeros, por exemplo.

> Os RNAs que apresentam atividade catalítica são denominados ribozimas.

As multiplicidades de funções do RNA têm contribuído para colocá-lo como uma molécula presente nas origens da vida em nosso planeta. Nesta hipótese, a vida baseada no RNA (o mundo do RNA) teria antecedido a vida como conhecemos hoje, baseada no DNA e nas proteínas. Nos primórdios da vida pré-celular ou já celular, o RNA seria a molécula apropriada para, ao mesmo tempo, armazenar informações e catalisar reações químicas.

A partir de então poderia ter evoluído o mundo do DNA e das proteínas, mais especializado que o primordial. O DNA, diante de sua grande estabilidade química tornou-se um ótimo armazenador de dados enquanto as proteínas constituídas de uma grande variedade de aminoácidos demonstraram-se catalisadores muito mais versáteis. Dentro desta hipótese o RNA das células atuais seria um remanescente do mundo de RNA, particularmente o rRNA que no ribossomo catalisa a produção de proteínas.

Funções:

> Monômeros dos ácidos nucleicos;

> Armazenadores de energia, como o ATP (adenosina trifosfato);

> Envolvidos na comunicação celular como, p.ex., o cAMP (monofosfato cíclico de adenosina);

> Ativadores enzimáticos.

Formas e Tamanhos do DNA

 A estrutura do DNA, denominada forma B do DNA ou configuração B é uma estrutura em hélice que se enrola para a direita (sentido horário), apresentando sulcos maiores e menores como pode ser visto na figura.  As bases estão dispostas perpendiculares ao eixo principal e cada giro completo da hélice corresponde a cerca de 10 bases numa extensão de 34 Å (3,4 nm).

Nem sempre a molécula de DNA encontra-se na forma B. Outras conformações são possíveis, uma vez que a molécula não é uma estrutura estática, mas dinâmica, em constante movimento. Em certas regiões e em determinados momentos, as fitas da dupla hélice podem se separar transitoriamente e depois, voltar à conformação original ou adquirir, localmente, uma nova conformação. Mais de 20 variantes de hélices extras já foram observadas.

Além, disso, em algumas regiões da molécula podem ser encontradas estruturas onde a hélice gira para a esquerda (sentido anti-horário). Esta forma, denominada forma Z do DNA, ocorre quando segmentos pequenos da molécula apresentam seqüências repetidas C-G. A estabilidade desta estrutura, em condições fisiológicas, parece depender de grupos metila ligados às citosinas presentes nas repetições CpG e afetaria o padrão de expressão gênica de células eucarióticas.

As moléculas de DNA são enormes. A Massa Molecular (MW) aproximada de  um par de desoxirribonucleotídeos é 660 (g/mol). A espessura de 3,4 Å. A Tabela abaixo mostra o número de pares de bases e o comprimento total do DNA de alguns organismos com diferentes níveis de complexidade. Numa faixa ampla, de vírus à mamíferos, poderíamos dizer que a quantidade haplóide de DNA varia com a complexidade, todavia isto nem sempre é verdade. Compare peixe pulmonado com Homo sapiens.

A Dupla Hélice

Em 1953, Francis Crick e James Watson propuseram que a molécula de DNA era constituída de uma dupla hélice de cadeias antiparalelas de nucleotídeos interconectadas pela energia cooperativa de muitas pontes de hidrogênio que se estabeleciam entre as bases complementares, púricas e pirimídicas, dos nucleotídeos.

A proposta da dupla hélice baseava-se em três pontos:

> Na natureza química dos componentes do DNA (desoxirribonucleotídeos);

> Nos dados de difração de Raios-X.

> Nas relações entre as bases (Razões de Chargaff), nos diferentes organismos.

Com estas informações disponíveis, Watson & Crick construíram modelos moleculares, confeccionados em arame, na tentativa de encontrar aquele que se adequasse aos dados de difração de Raios-X, à complementaridade de bases e à estrutura química de cada base.

O padrão de espalhamento do feixe de Raios-X atravessando um cristal de DNA foi obtido por Rosalind Franklin, no laboratório de M. Wilkins. O padrão indicava que a molécula era uma hélice (cruz central) e que as bases (áreas escuras) dispunham-se perpendiculares ao eixo da molécula. Indicava ainda que o diâmetro da hélice (cerca de 20 Å ou 2 nm) mantinha-se constante em toda sua extensão.

Isto só seria possível se purinas sempre emparelhassem com pirimidinas. Duas purinas emparelhadas aumentariam o diâmetro enquanto duas pirimidinas emparelhadas diminuiriam o diâmetro da hélice.

Adenina e Timina podiam estabelecer facilmente duas pontes de hidrogênio entre si, enquanto Guanina e Citosina podiam estabelecer facilmente três pontes de hidrogênio entre si.

Apesar de muito fracas individualmente, as pontes de hidrogênio em grande quantidade seriam suficientes para manter as duas hélices unidas.

Tal pareamento estava de acordo com os pares propostos por Erwin Chargaff que três anos antes desenvolvera uma técnica para medir a quantidade de cada tipo de base presente no DNA de diferentes espécies. Seus dados mostraram que a quantidade relativa de um dado nucleotídeo podia ser diferente entre as espécies, mas sempre, a quantidade de adenina era igual à de timina e a quantidade de guanina era igual à de citosina.

Modos de duplicação da molécula de DNA

No trabalho publicado em 1953 descrevendo a estrutura do DNA, Watson & Crick afirmavam que o mecanismo de cópia da molécula de DNA estava implícito em sua  própria estrutura, garantindo a manutenção e a transmissão da informação genética de geração à geração.

Em artigo publicado logo em seguida, ainda em 1953, analisaram as implicações genéticas da estrutura do DNA, propondo que:

a) cada uma das fitas serviria de molde para a síntese de uma fita complementar;

b) a sequência dos pares de nucleotídeos nos genes constituiria informação codificada a qual seria sequencialmente traduzida para a linguagem dos aminoácidos nas proteínas.

Salientaram ainda que o passo inicial da duplicação deveria ser o desenlace das duas hélices do DNA as quais, uma vez separadas, serviriam de molde para síntese da fita complementar. Portanto, ao final do processo existiriam dois pares de cadeias onde a sequência de bases estaria exatamente duplicada, uma vez que a duplicação baseava-se no emparelhamento específico de bases (complementaridade). Sugeriram que cada novo par seria constituído de uma fita nova e uma velha, o que implicaria no modo semiconservativo de duplicação.

===============================


Organelas Celulares

As organelas celulares são como pequenos órgãos que realizam as atividades celularesessenciais para as células. São estruturas compostas pelas membranas internas, com formas e funções diferentes, sendo as principais: os retículos endoplasmáticos lisos e rugosos, o aparelho de Golgi e as mitocôndrias. Nas células vegetais há também organelas específicas os cloroplastos.

As Organelas e suas Funções

organelas de uma célula animal

Uma característica importante das organelas é que são compostas por membranas internas que lhe conferem formas e funções específicas. Compare nas figuras a seguir a estrutura típica de uma célula animal (azul) e de uma célula vegetal (verde), observe que os plastos da célula vegetal não são encontradas na célula animal, assim como possuem grandes vacúolos.

Mitocôndrias

São organelas compostas por membrana dupla, sendo uma externa e uma interna que apresenta muitas dobras, as chamadas cristas mitocondriais. As mitocôndrias são organelas especiais, com capacidade de se reproduzir, uma vez que contem moléculas de DNA circular, tal como as bactérias. Sua função é realizar a respiração celular, que produz a maior parte da energia utilizada nas funções vitais. A primeira etapa acontece no citosol da célula e as duas últimas: o ciclo de Krebs e a fosforilação oxidativa, ocorrem nas suas membranas internas.

Retículo Endoplasmático

São organelas cujas membranas se dobram formando sacos achatados. Existem 2 tipos de retículo endoplasmático, o liso e o rugoso, esse último possui grânulos associados à sua membrana, os ribossomos, o que lhe confere aparência rugosa e por isso o nome; além disso sua membrana é contínua com a membrana externa do núcleo, o facilita a comunicação entre eles.

O retículo endoplasmático liso (REL) não tem ribossomos associados e por isso tem aparência lisa, é responsável pela produção de lipídios que irão compor as membranas celulares. A função principal do retículo endoplasmático rugoso (RER) é realizar a síntese proteica, além de participar do seu dobramento e transporte até outras partes da célula.

Aparelho de Golgi

Também chamado complexo de Golgi ou ainda complexo golgiense, é composto de discos achatados empilhados, formando espécies de bolsas membranosas. Suas funções são modificar, armazenar e exportar proteínas sintetizadas no RER. Algumas dessas proteínas são glicosiladas, ou seja, sofrem reação de adição de um açúcar no RE e no golgi o processo é completado, caso contrário, essas proteínas podem se tornar inativas.

Além disso, o aparelho de Golgi produz vesículas que brotam e se soltam originando os lisossomos primários. No momento em que esses lisossomos primários se fundem aos endossomas formam vacúolos digestórios ou lisossomos secundários.

Lisossomos

Os lisossomos são envolvidos apenas pela bicamada lipídica e no seu interior há enzimas digestivas. Sua função é digerir moléculas orgânicas como lipídios, carboidratos, proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA). Como as enzimas hidrolases (peptidases que digerem aminoácidos, nucleases (digerem ácidos nucleicos), lipases (digerem lipídios), entre outras) funcionam em ambiente ácido, a digestão ocorre dentro dos lisossomos para não prejudicar a célula.

As moléculas a serem digeridas são englobadas por endocitose e entram na célula envolvidas em vesículas formadas a partir da membrana chamados endossomas. Depois fundem-se com os lisossomos primários e são quebradas, originando partes menores, como os ácidos graxos. Essas moléculas pequenas saem do lisossomo e são aproveitadas no citosol da célula.

Peroxissomos

Os peroxissomos são pequenas organelas membranosas, que contêm no seu interior enzimas oxidases, e estão presentes em células animais e vegetais. A principal função é oxidar os ácidos graxos para a síntese de colesterol e também para serem usados como matéria-prima na respiração celular. Estão presentes em grande quantidade nas células do rim e do fígado, onde neutralizam o efeito tóxico de substâncias como o álcool e também participam da produção de sais biliares. Nas reações de oxidação é produzido o peróxido de hidrogênio e por isso o nome da organela.

organelas de uma célula vegetal

Vacúolos

Os vacúolos são envolvidos por membrana e preenchidos com fluido diferente do citoplasma. São muito comuns nas células vegetais, nas quais tem função de reserva de substâncias como a seiva e atuam no mecanismo de pressão osmótica, conhecido como turgor, que regula a entrada de água e a rigidez dos tecidos vegetais tornando a planta ereta, por exemplo. Em organismos procariotas também há vacúolos com função de armazenamento, ingestão, digestão e eliminação de substâncias.

Plastos

São organelas presentes apenas em células vegetais e de algas. Podem ser de 3 tipos básicos: leucoplastos, cromoplastos e cloroplastos. Todos se originam a partir de pequenas vesículas presentes nas células embrionárias das plantas, os proplastos, que são incolores. Quando maduros adquirem cor de acordo com o tipo de pigmento que contém e são capazes de se autoduplicar, além de terem a capacidade de se transformarem um no outro. Assim, por exemplo, um cromoplasto pode se tornar um cloroplasto ou um leucoplasto, ou vice-versa. Veja a seguir sobre cada um:

• Os leucoplastos não tem cor, armazenam amido (reserva energética) e estão presentes em alguns tipos de raízes e caules;

• Os cromoplastos são responsáveis pela cor de frutos, flores e folhas e também de raízes como as cenouras. Existem os xantoplastos (amarelos) e os eritroplastos (vermelhos);

• Os cloroplastos possuem cor verde por causa da clorofila e são responsáveis pela fotossíntese. A forma e o tamanho dessas organelas varia conforme o tipo de célula e de organismo em que se encontram.

A Membrana das Organelas

As organelas são delimitadas por membranas internas que se assemelham à membrana externa, sendo compostas por uma bicamada lipídica, embora esta tenha composição e estrutura um pouco diferentes (ambas são compostas de fosfolipídios, glicolipídios e colesterol, sendo que nas internas é bem menor a quantidade de colesterol, componente que regula a fluidez e estabilidade).

As membranas internas também regulam a entrada e saída de moléculas através de proteínas especiais que auxiliam a passagem. Além disso, as organelas também podem permitir a entrada de moléculas no seu interior usando os mecanismos de endocitose e exocitose.

Não obstante, as membranas internas também são importantes para individualizar as organelas, separando o conteúdo interno, uma vez que as enzimas de uma poderia interferir com as reações de outras, o que em algumas poderia ser nocivo ou até letal, como no caso dos lisossomos (ambiente interno ácido) e dos peroxissomos (nas reações oxidativas gera o peróxido que é tóxico e precisa ser neutralizado por enzimas internas).

***************************

Proteínas: A construção dos seres vivos

     Você já deve ter ouvido falar de proteínas, certo? As proteínas são compostos orgânicos relacionados ao metabolismo de construção. Durante as fases de crescimento e desenvolvimento do indivíduo, há um aumento extraordinário do número de suas células passam a exercer funções especializadas, gerando tecidos e órgãos.

      As proteínas possuem um papel fundamental no crescimento, já que muitas delas desempenham papel estrutural nas células, isto é, são componentes da membrana plasmática, das organelas dotadas de membrana, do citoesqueleto dos cromossomos etc. E para produzir mais células é preciso mais proteína. Sem elas não há crescimento normal. A diferenciação e a realização de diversas reações químicas componentes do metabolismo celular dependem da paralisação de diversas reações químicas componentes do metabolismo celular dependem da participação de enzimas, uma categoria de proteínas de defesa, chamadas anticorpos. Sem eles, nosso organismo fica extremamente vulnerável.

     Certos hormônios, substâncias reguladoras das atividades do nosso organismo, também são protéicos. É o caso da insulina, que controla a taxa de glicose sanguínea.

     As proteínas são macromoléculas formadas por uma sucessão de moléculas menores conhecidas como aminoácidos. A maioria dos seres vivos, incluindo o homem, utiliza somente cerca de vinte tipos diferentes de aminoácidos, para a construção de suas proteínas. Com eles, cada ser vivo é capaz de produzir centenas de proteínas diferentes e de tamanho variável.

Como é isso possível, a partir de um pequeno número de aminoácidos?

     Imagine um brinquedo formado por peças de plástico, encaixáveis umas nas outras, sendo as cores em número de vinte, diferentes entre si. Havendo muitas peças de cada cor, como você procederia para montar várias sequências de peças de maneira que cada sequência fosse diferente da anterior? Provavelmente, você repetiria as cores, alternaria muitas delas, enfim, certamente inúmeras seriam as sequencias e todas diferentes entre si. O mesmo raciocínio é valido para a formação das diferentes proteínas de um ser vivo, a partir de um conjunto de vinte aminoácidos.

     Cada aminoácido é diferente de outro. No entanto, todos possuem alguns componentes comuns. Todo aminoácido possui um átomo de carbono, ao qual estão ligados uma carboxila, uma amina e um hidrogênio. A quarta ligação é a porção variável, representada por R, e pode ser ocupada por um hidrogênio, ou por um metil ou por outro radical.

     Do mesmo modo que em um trem cada vagão está engatado ao seguinte, em uma proteína cada aminoácido está ligado a outro por uma ligação peptídica. Por meio dessa ligação, o grupo amina de um aminoácido une-se ao grupo carboxila do outro, havendo a liberação de uma molécula de água. Os dois aminoácidos unidos formam um dipeptídio.

     A ligação de um terceiro aminoácido ao dipeptídeo origina um tripeptídeo que então, contém duas ligações peptídicas. Se um quarto aminoácido se ligar aos três anteriores, teremos um tetrapeptídeo, com três ligações peptídicas. Com o aumento do número de aminoácidos na cadeia, forma-se um polipetídio, denominação utilizada até o número de 70 aminoácidos. A partir desse número considera-se que o composto formado é uma proteína.

Aminoácidos essenciais e naturais

     Todos os seres vivos produzem proteínas. No entanto, nem todos produzem os vinte tipos de aminoácidos necessários para a construção das proteínas. O homem, por exemplo, é capaz de sintetizar no fígado apenas onze dos vinte tipos de aminoácidos. Esses onze aminoácidos são considerados naturais para a nossa espécie. São eles: alanina, asparagina, cisteína, glicina, glutamina, histidina, prolina, tiroxina, ácido aspártico, ácido glutâmico.

     Os outros nove tipos, os que não sintetizamos, são os essenciais e devem ser obtidos de quem os produz (plantas ou animais). São eles: arginina, fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, serina, treonina, triptofano e valina.

     É preciso lembrar que um determinado aminoácido pode ser essencial para uma espécie e ser natural para outra.

Uma visão espacial da proteína

     Uma molécula de proteína tem, a grosso modo, formato de um colar de contas. O fio fundamental da proteína, formado como uma sequência de aminoácidos (cuja sequência é determinada geneticamente), constitui a chamada estrutura primária da proteína.

     Ocorre, porém, que o papel biológico da maioria das proteínas depende de uma forma espacial muito mais elaborada. Assim, o fio fundamental é capaz de se enrolar sobre si mesmo, resultando um filamento espiralado que conduz à estrutura secundária, mantida estável por ligações que surgem entre os aminoácidos.

     Novos dobramentos da espiral conduzem a uma nova forma, globosa, mantida estável graças a novas ligações que ocorrem entre os aminoácidos. Essa forma globosa representa a estrutura terciária.

     Em certas proteínas, cadeias polipeptídicas em estruturas terciárias globosa unem-se, originando uma forma espacial muito complexa, determinante do papel bioquímico da proteína. Essa nova forma constitui a estrutura quaternária dessas proteínas.

     

     Lembre-se que, a manutenção das estruturas secundárias e terciárias deve-se a ligações que ocorrem entre os aminoácidos no interior da molécula protéica, determinando os diferentes aspectos espaciais observados.

     O aquecimento de uma proteína a determinadas temperaturas promove a ruptura das ligações internas entre os aminoácidos, responsáveis pela manutenção das estruturas secundária e terciária. Os aminoácidos não se separam, são se rompem as ligações peptídicas, porém a proteína fica “desmantelada”, perde a sua estrutura original. Dizemos que ocorreu uma desnaturação protéica, com perda da sua forma origina. Dessa maneira a função biológica da proteína é prejudicada.

     Nem sempre, porém, é a temperatura ou a alteração da acidez do meio que provoca a mudança da forma da proteína. Muitas vezes, a substituição de um simples aminoácido pode provocar alteração da forma da proteína.

     Um exemplo importante é a substituição, na molécula de hemoglobina, do aminoácido ácido glutâmico pelo aminoácido valina. Essa simples troca provoca uma profunda alteração na forma da molécula inteira de hemoglobina, interferindo diretamente na sua capacidade de transportar oxigênio.

Hemácias contendo a hemoglobina alterada adquirem o formato de foice, quando submetidas a certas condições, o que deu nome a essa anomalia: anemia falciforme.

Enzimas

     A vida depende da realização de inúmeras reações químicas que ocorrem no interior das células e também fora delas (em cavidades de órgãos, por exemplo). Por outro lado, todas essas reações dependem, para a sua realização, da existência de uma determinada enzima. As enzimas são substâncias do grupo das proteínas e atuam como catalisadores de reações químicas.

     Catalisador é uma substância que acelera a velocidade de ocorrência de uma certa reação química.

     Muitas enzimas possuem, além da porção protéica propriamente dita, constituída por uma sequência de aminoácidos, uma porção não-protéica.

A parte protéica é a apoenzima e a não protéica é o co-fator. Quando o co-fator é uma molécula orgânica, é chamado de coenzima. O mecanismo de atuação da enzima se inicia quando ela se liga ao reagente, mais propriamente conhecido como substrato. É formado um complexo enzima-substrato, instável, que logo se desfaz, liberando os produtos da reação a enzima, que permanece intacta embora tenha participado da reação.

     Mas para que ocorra uma reação química entre duas substâncias orgânicas que estão na mesma solução é preciso fornecer uma certa quantidade de energia, geralmente, na forma de calor, que favoreça o encontro e a colisão entre elas. A energia também é necessária para romper ligações químicas existentes entre os átomos de cada substância, favorecendo, assim a ocorrência de outras ligações químicas e a síntese de uma nova substância a partir das duas iniciais.

     Essa energia de partida, que dá um “empurrão” para que uma reação química aconteça, é chamada de energia de ativação e possui um determinado valor.

     A enzima provoca uma diminuição da energia de ativação necessária para que uma reação química aconteça e isso facilita a ocorrência da reação.

O mecanismo “chave-fechadura”

     Na catálise de uma reação química, as enzimas interagem com os substratos, formando com eles, temporariamente, o chamado complexo enzima-substrato. Na formação das estruturas secundária e terciária de uma enzima (não esqueça que as enzimas são proteínas), acabam surgindo certos locais na molécula que servirão de encaixe para o alojamento de um ou mais substratos, do mesmo modo que uma chave se aloja na fechadura.

Esses locais de encaixe são chamados de sítio ativos e ficam na superfície da enzima. Ao se encaixarem nos sítios ativos, os substratos ficam próximos um do outro e podem reagir mais facilmente.

     Assim que ocorre a reação química com os substratos, desfaz-se o complexo enzima-substrato. Liberam-se os produtos e a enzima volta a atrair novos substratos para a formação de outros complexos.

     Lembre-se!! Uma enzima não é consumida durante a reação química que ela catalisa.

Fatores que afetam a atividade das enzimas

Temperatura

     A temperatura é um fator importante na atividade das enzimas. Dentro de certos limites, a velocidade de uma reação enzimática aumenta com o aumento da temperatura. Entretanto, a partir de uma determinada temperatura, a velocidade da reação diminui bruscamente.

     O aumento de temperatura provoca maior agitação das moléculas e, portanto, maiores possibilidades de elas se chocarem para reagir. Porém, se for ultrapassada certa temperatura, a agitação das moléculas se torna tão intensa que as ligações que estabilizam a estrutura espacial da enzima se rompem e ela se desnatura.

     Para cada tipo de enzima existe uma temperatura ótima, na qual a velocidade da reação é máxima, permitindo o maior número possível de colisões moleculares sem desnaturar a enzima. A maioria das enzimas humanas, têm sua temperatura ótima entre 35 e 40ºC, a faixa de temperatura normal do nosso corpo. Já bactéria que vivem em fontes de água quente têm enzimas cuja temperatura ótima fica ao redor de 70ºC.

Grau de acidez (pH)

     Outro fator que afeta a forma das proteínas é o grau de acidez do meio, também conhecido como pH (potencial hidrogeniônico). A escala de pH vai de 0 a 14 e mede a concentração relativa de íons hidrogênio(H+) em um determinado meio. O valor 7 apresenta um meio neutro, nem ácido nem básico. Valores próximos de 0 são os mais ácidos e os próximos de 14 são os mais básicos (alcalinos).

     Cada enzima tem um pH ótimo de atuação, no qual a sua atividade é máxima. O pH ótimo para a maioria das enzimas fica entre 6 e 8, mas há exceções. A pepsina, por exemplo, uma enzima digestiva estomacal, atua eficientemente no pH fortemente ácido de nosso estômago (em torno de 2), onde a maioria das enzimas seria desnaturada. A tripsina, por sua vez, é uma enzima digestiva que atua no ambiente alcalino do intestino, tendo um pH ótimo situado em torno de 8.

*********************************

Lipídios: 

As duas substâncias mais conhecidas dessa categoria orgânica são as gorduras e os óleos. Se por um lado, esses dois tipos de lipídios preocupam muitas pessoas por estarem associadas a altos índices de colesterol no sangue, por outro, eles exercem importantes funções no metabolismo e são fundamentais para a sobrevivência da maioria dos seres vivos. Um dos papéis dos lipídeos é o de funcionar como eficiente reserva energética. Ao serem oxidados nas células, geram praticamente o dobro da quantidade de calorias liberadas na oxidação de igual quantidade de carboidratos. outro papel dos lipídios é o de atuar como eficiente isolante térmico, notadamente nos animais que vivem em regiões frias. Depósitos de gordura favorecem a flutuação em meio aquático; os lipídios são menos densos que a água.

Além desses dois tipos fundamentais de lipídios, existem outros que devem ser lembrados pelas funções que exercem nos seres vivos. São as ceras, os fosfolipídios, os esteróides, as prostaglandinas e os terpenos.

	as ceras existem na superfície das folhas dos vegetais e nos esqueletos de muitos animais invertebrados (por exemplo, os insetos e os carrapatos) funcionam como material impermeabilizante. Não devemos esquecer dos depósitos de cera que se formam nas nossas orelhas externas como função protetora;
	os fosfolipídios são importantes componentes das membranas biológicas (membrana plasmática e de muitas organelas celulares);
	os esteróides são lipídeos que atuam como reguladores de atividades biológicos;
	as prostaglandinas atuam como mensageiros químicos nos tecidos de vertebrados;
	os terpenos estão presentes em alguns pigmentos de importância biológica, como a clorofila e os carotenóides.

Como são os lipídios?

Os lipídios são compostos orgânicos insolúveis em água. Dissolvem-se bem em solventes orgânicos como o éter e o álcool. A estrutura química molecular dos lipídios é muito variável. Vamos dar a você uma noção da composição química de óleos e gorduras e alguns dos principais componentes desse grupo.

Óleos e gorduras – pertencem à categoria dos ésteres e são formados por meio da reação de umálcool, chamado glicerol, com ácidos orgânicos de cadeia longa, conhecidos como ácidos graxos. A exemplo do que ocorre com os carboidratos, a reação do glicerol com os ácidos graxos é de condensação, havendo liberação de moléculas de água.

Como o glicerol é um triálcool (possui três terminações OH na molécula), três ácidos graxos a ele se ligam, formando-se o chamado triglicerídeos. Nos seres vivos, existem diversos tipos de triglicerídeos, uma vez que são muitos os tipos de ácidos graxos deles participantes.

Com relação aos ácidos graxos que participam de um triglicerídeos, lembre-se que são substâncias de cadeia longa. Em uma das extremidades de cada ácido graxo há uma porção ácida (a “cabeça”), seguida de uma longa “cauda” formada por uma seqüência de átomos de carbono ligados a átomos de hidrogênio.

Nos chamados ácidos graxos saturados, todas as ligações disponíveis dos átomos de carbono são ocupados por átomos de hidrogênio. Já nos ácidos graxos insaturados, nem todas as ligações do carbono são ocupadas por hidrogênios; em conseqüência, forma-se o que em química é conhecido como duplas ligação entre um átomo de carbono e o seguinte (motivo pelo qual o ácido graxo recebe a denominação de insaturado). Nos ácidos graxos poliinsaturados há mais de uma dupla ligação.

Fosfolipídios – as membranas biológicas são constituídas por fosfolipídios. Nos fosfolipídios há apenas duas moléculas de ácidos graxos – de natureza apolar – ligadas ao glicerol. O terceiro componente que se liga ao glicerol é um grupo fosfato (daí a denominação fosfolipídio) que, por sua vez, pode estar ligado a outras moléculas orgânicas. Assim, cada fosfolipídio contém uma porção hidrofóbica – representada pelos ácidos graxos – e uma porção hidrofílica – corresponde ao grupo fosfato e às moléculas a ele associadas. Um fato notável é que, ao serem colocadas em água, as moléculas de fosfolipídios podem assumir o formato de um esfera, conhecida como micela: as porções polares, hidrofílicas, distribuem-se na periferia , enquanto as caudas hidrofóbicas ficam no interior da micelas afastadas da água.

Nas células, os fosfolipídios das membranas biológicas (membrana plasmática e de muitas organelas) dispõem-se formando bicamadas. As porções hidrofílicas ficam em contato com a água dos meios interno e externo celular, enquanto as hidrofóbicas situam-se internamente na membrana, afastadas da água, o que faz lembrar um sanduíche de pão-de-forma.

Prostaglandinas – essas substâncias atuam como mensageiras químicas em muitos tecidos humanos. Seu nome deriva do fato de terem sido descobertas em componentes do sêmen humano produzidos na glândula próstata.

Terpenos – lipídios de cadeia longa, componentes de pigmentos biologicamente importantes como a clorofila (pigmento vegetal participante da fotossíntese). Uma importante categoria de terpenos é a dos carotenóides (pigmentos amarelados), dos quais o mais importante é o B-caroteno (encontrado em muitos alimentos de origem vegetal, como a cenoura, por exemplo), que é precursor da vitamina A (retinol).

Esteróides – alguns esteróides são hormônios (por exemplo, a testosterona, o hormônio sexual masculino) e outros são vitaminas (por exemplo, a vitamina D). O colesterol, que para os químicos é um álcool complexo, é outro exemplo de esteróide: é importante componente de membranas celulares, embora hoje seja temido como causador de obstrução (entupimento) em artérias do coração.

O colesterol não “anda” sozinho no sangue. Ele se liga a uma proteína e, dessa forma, é transportado. Há dois tipos principais de combinações: o HDL, que é o bom colesterol e o LDL que é o mau colesterol. Essas siglas derivam do inglês e significam lipoproteína de alta densidade (HDL – High Density Lipoprotein) e lipoproteína de baixa densidade (LDL – Low Density Lipoprotein).

O LDL transporta colesterol para diversos tecidos e também para as artérias, onde é depositado, formando placas que dificultam a circulação do sangue, daí a denominação mau colesterol. Já o HDL faz exatamente o contrário, isto é, transporta colesterol das artérias principalmente para o fígado, onde ele é inativado e excretado como sais biliares, justificando o termo bom colesterol.

O colesterol não existe em vegetais, o que não significa que devemos abusar dos óleos vegetais, porque afinal, a partir deles (ácidos graxos), nosso organismo produz colesterol.

***********************************

Bioquímica celular

               A célula, bem como toda matéria, possui massa e ocupa espaço, ou seja, é constituída por átomos reunidos, formando moléculas e íons. As substâncias químicas da célula podem ser classificadas em substâncias orgânicas e inorgânicas. As substâncias inorgânicas são aquelas que não contêm carbono (C₁₂), por exemplo, os íons, sais, óxidos e água. De acordo com a sua capacidade de dissolução na água, as substâncias são classificadas em:

- hidrofílicas: que se dissolvem na água

- hidrofóbicas: que não se dissolvem na água

Água

               Ela é conhecida como solvente universal, por dissolver muitas substâncias, como açucares, proteínas, aminoácidos, ácidos nucléicos, sais e gases. Por esse motivo, grande parte das reações químicas do metabolismo celular só é possível graças à sua presença.

               Nas células vivas, a água apresenta mais da metade do seu volume, 60 à 70 %. É uma substância necessária para os seres vivos, pois as reações químicas da célula ocorrem em meio líquido.

               A quantidade de água nos organismos varia de acordo com a idade e o tipo de tecido. A quantidade de água no corpo também varia de um tipo de organismo para outro.

               Funções da água nos seres vivos:

               - manutenção da temperatura corporal (regulação térmica);

               - transporte de substâncias;

               - lubrificação (p. ex.: nas articulações);

               - reações de hidrólise, quebrando grandes moléculas em moléculas menores (na digestão, por exemplo).

Sais minerais

               Estes compostos são os principais nutrientes para os autótrofos (seres vivos que produzem seu próprio alimento exemplo os vegetais). Nos seres vivos os sais possuem várias funções: formam o esqueleto de muitos animais, atuam no transporte de oxigênio, na fotossíntese, no equilíbrio de água no corpo, e na transmissão do impulso nervoso.

Os íons

Os principais íons, e suas funções, são:

Potássio [K⁺]; age com o sódio no equilíbrio de líquidos e no funcionamento dos nervos e das membranas.

Principais alimentos: Frutas, banana, verduras, feijão, leite e cereais.

Sódio [Na⁺]; age com o potássio no equilíbrio de líquidos e no funcionamento dos nervos e das membranas.

Principais alimentos: Sal de cozinha, e alimentos provenientes do mar.

Cálcio [Ca⁺]; forma ossos e dentes atuam no funcionamento dos músculos e nervos e na coagulação do sangue.

Principais alimentos: Lacticínios, hortaliças de folhas verdes escuras (brócolis, espinafre).

Ferro [Fe²⁺]; estão presentes nas hemoglobinas das hemácias dos vertebrados, que facilitam o transporte do gás oxigênio [O²]. Sua carência provoca a anemia ferropriva.

Principais alimentos: Fígado, carnes, feijão, gema de ovo, legumes e hortaliças de folhas verdes.

Fósforo [P]; Forma ossos e dentes participam na transferência de energia e das moléculas de ácidos nucléicos.

Principais alimentos: Carnes, aves, peixes, ovos, laticínios, feijão, ervilha.

Cloro [Cl]; Forma o ácido clorídrico do estômago.

Principais alimentos: Encontra-se combinado ao sódio no sal de cozinha.

Iodo [ I ]; Faz parte dos hormônios da tireoide, que controlam a taxa de oxidação da célula e o crescimento.

Principais alimentos: sal de cozinha iodado, peixes e frutos do mar.

Magnésio [Mg]; Forma a clorofila e auxilia os vegetais no processo da fotossíntese, atua em várias reações químicas junto com enzimas e vitaminas, ajuda na formação dos ossos e no funcionamento de nervos e músculos.

Principais alimentos: Hortaliças de cor verde, cereais, peixes, carnes, ovos, feijão, soja, banana.

Substâncias orgânicas

Carboidratos: Principais Fornecedores de Energia

No momento em que você está lendo estas linhas e procurando entender o seu conteúdo, suas células nervosas estão realizando um trabalho e, para isso, utilizam a energia que foi liberada a partir da oxidação de moléculas de um carboidrato chamado glicose.

Classificação dos carboidratos

Uma classificação simplificada dos carboidratos, ou glicídios, consiste em dividi-los e três categorias principais: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

Monossacarídeos: os mais simples

Os monossacarídeos são carboidratos simples, de formula molecular (CH₂O)_n, onde n é no mínimo 3 e no máximo 8. São os verdadeiros açucares, solúveis em água e, de modo geral, de sabor adocicado. Os de menor número de átomos de carbono são as trioses (contêm três átomos de carbono). Os biologicamente mais conhecidos são os formados por cinco átomos de carbonos (chamados de pentoses) e os formados por seis átomos de carbono (hexoses).

Oligossacarídeos: nem tão simples, nem tão complexos

Oligossacarídeos são açucares, formados pela união de dois a seis monossacarídeos, geralmente hexoses. O prefixo oligo deriva do grego e quer dizer pouco. Os oligossacarídeos mais importantes são os dissacarídeos.

Açucares formados pela união de duas unidades de monossacarídeos, como, por exemplo, sacarose, lactose e maltose. São solúveis em água e possuem sabor adocicado. Para a formação de um dissacarídeo , ocorre reação entre dois monossacarídeos, havendo liberação de uma molécula de água. É comum utilizar o termo de desidratação intermolecular para esse tipo de reação, em que resulta uma molécula de água durante a formação de um composto originado a partir de dois outros.

Veja o caso do dissacarídeo sacarose, que é o açúcar mais utilizado para o preparo de doces, sorvetes, para adoçar refrigerantes não dietéticos e o “cafezinho”. Sua fórmula molecular é C₁₂H₂₂O₁₁. Esse açúcar é resultado da união de uma frutose e uma glicose. Como foi visto na tabela anterior, tanto a glicose como a frutose possuem a fórmula molecular C₆H₁₂O₆. Como ocorre a liberação de uma molécula de água para a formação de sacarose, a sua fórmula molecular possui dois hidrogênios e um oxigênio a menos.

Dissacarídeo	Constituição	Papel biológico	Fontes
Sacarose	glicose-frutose	energético	cana-de-açucar, beterraba e rapadura
Lactose	glicose-galactose	energético	leite

Polissacarídeos: os mais complexos

Como o nome sugere (poli é um termo derivado do grego e quer dizer muitos), os polissacarídeos são compostos macromoleculares (moléculas gigantes), formadas pela união de muitos (centenas) monossacarídeos. Os três polissacarídeos mais conhecidos dos seres vivos são amido, glicogênio e celulose.

Ao contrário da glicose, os polissacarídeos dela derivados não possuem sabor doce, nem são solúveis em água.

Polissacarídeo	O que é importante saber
Amido	É um polissacarídeo de reserva energética dos vegetais. As batatas, arroz e a mandioca estão repletos de amido, armazenado pelo vegetal e consumido em épocas desfavoráveis pela planta. O homem soube aproveitar essas características e passou a cultivar os vegetais produtores de amido. Os pães e bolos que comemos são feitos com farinha de trigo, rica em amido. Lembrem-se que para o amido ser aproveitado pelo nosso organismo, é preciso digeri-lo, o que ocorre primeiramente na boca e depois no intestino, com adição de água e a participação de catalisadores orgânicos, isto é, substâncias que favorecem ou aceleram as reações químicas.
Glicogênio	É um polissacarídeo de reserva energética dos animais; portanto, equivalente ao amido dos vegetais. No nosso organismo, a síntese de glicogênio ocorre no fígado, a partir de moléculas de glicose. Logo, fígado de boi e fígado de galinha são alimentos ricos em glicogênio.
Celulose	É o polissacarídeo de papel estrutural, isto é, participa da parede das células vegetais. Poucos seres vivos conseguem digeri-lo, entre eles alguns microrganismos que habitam o tubo digestivo de certos insetos (cupins) e o dos ruminantes (bois, cabras, ovelhas, veados etc.).

Lipídios: Serão eles vilões?

As duas substâncias mais conhecidas dessa categoria orgânica são as gorduras e os óleos. Se por um lado, esses dois tipos de lipídios preocupam muitas pessoas por estarem associadas a altos índices de colesterol no sangue, por outro, eles exercem importantes funções no metabolismo e são fundamentais para a sobrevivência da maioria dos seres vivos. Um dos papéis dos lipídeos é o de funcionar como eficiente reserva energética. Ao serem oxidados nas células, geram praticamente o dobro da quantidade de calorias liberadas na oxidação de igual quantidade de carboidratos. outro papel dos lipídios é o de atuar como eficiente isolante térmico, notadamente nos animais que vivem em regiões frias. Depósitos de gordura favorecem a flutuação em meio aquático; os lipídios são menos densos que a água.

Além desses dois tipos fundamentais de lipídios, existem outros que devem ser lembrados pelas funções que exercem nos seres vivos. São as ceras, os fosfolipídios, os esteróides, as prostaglandinas e os terpenos.

	as ceras existem na superfície das folhas dos vegetais e nos esqueletos de muitos animais invertebrados (por exemplo, os insetos e os carrapatos) funcionam como material impermeabilizante. Não devemos esquecer dos depósitos de cera que se formam nas nossas orelhas externas como função protetora;
	os fosfolipídios são importantes componentes das membranas biológicas (membrana plasmática e de muitas organelas celulares);
	os esteróides são lipídeos que atuam como reguladores de atividades biológicos;
	as prostaglandinas atuam como mensageiros químicos nos tecidos de vertebrados;
	os terpenos estão presentes em alguns pigmentos de importância biológica, como a clorofila e os carotenóides.

Como são os lipídios?

 Os lipídios são compostos orgânicos insolúveis em água. Dissolvem-se bem em solventes orgânicos como o éter e o álcool. A estrutura química molecular dos lipídios é muito variável. Vamos dar a você uma noção da composição química de óleos e gorduras e alguns dos principais componentes desse grupo.

Óleos e gorduras – pertencem à categoria dos ésteres e são formados por meio da reação de umálcool, chamado glicerol, com ácidos orgânicos de cadeia longa, conhecidos como ácidos graxos. A exemplo do que ocorre com os carboidratos, a reação do glicerol com os ácidos graxos é de condensação, havendo liberação de moléculas de água.

Como o glicerol é um triálcool (possui três terminações OH na molécula), três ácidos graxos a ele se ligam, formando-se o chamado triglicerídeos. Nos seres vivos, existem diversos tipos de triglicerídeos, uma vez que são muitos os tipos de ácidos graxos deles participantes.

 Com relação aos ácidos graxos que participam de um triglicerídeos, lembre-se que são substâncias de cadeia longa. Em uma das extremidades de cada ácido graxo há uma porção ácida (a “cabeça”), seguida de uma longa “cauda” formada por uma seqüência de átomos de carbono ligados a átomos de hidrogênio.

Nos chamados ácidos graxos saturados, todas as ligações disponíveis dos átomos de carbono são ocupados por átomos de hidrogênio. Já nos ácidos graxos insaturados, nem todas as ligações do carbono são ocupadas por hidrogênios; em conseqüência, forma-se o que em química é conhecido como duplas ligação entre um átomo de carbono e o seguinte (motivo pelo qual o ácido graxo recebe a denominação de insaturado). Nos ácidos graxos poliinsaturados há mais de uma dupla ligação.

Fosfolipídios – as membranas biológicas são constituídas por fosfolipídios. Nos fosfolipídios há apenas duas moléculas de ácidos graxos – de natureza apolar – ligadas ao glicerol. O terceiro componente que se liga ao glicerol é um grupo fosfato (daí a denominação fosfolipídio) que, por sua vez, pode estar ligado a outras moléculas orgânicas. Assim, cada fosfolipídio contém uma porção hidrofóbica – representada pelos ácidos graxos – e uma porção hidrofílica – corresponde ao grupo fosfato e às moléculas a ele associadas. Um fato notável é que, ao serem colocadas em água, as moléculas de fosfolipídios podem assumir o formato de um esfera, conhecida como micela: as porções polares, hidrofílicas, distribuem-se na periferia , enquanto as caudas hidrofóbicas ficam no interior da micelas afastadas da água.

Nas células, os fosfolipídios das membranas biológicas (membrana plasmática e de muitas organelas) dispõem-se formando bicamadas. As porções hidrofílicas ficam em contato com a água dos meios interno e externo celular, enquanto as hidrofóbicas situam-se internamente na membrana, afastadas da água, o que faz lembrar um sanduíche de pão-de-forma.

Prostaglandinas – essas substâncias atuam como mensageiras químicas em muitos tecidos humanos. Seu nome deriva do fato de terem sido descobertas em componentes do sêmen humano produzidos na glândula próstata.

Terpenos – lipídios de cadeia longa, componentes de pigmentos biologicamente importantes como a clorofila (pigmento vegetal participante da fotossíntese). Uma importante categoria de terpenos é a dos carotenóides (pigmentos amarelados), dos quais o mais importante é o B-caroteno (encontrado em muitos alimentos de origem vegetal, como a cenoura, por exemplo), que é precursor da vitamina A (retinol).

Esteróides – alguns esteróides são hormônios (por exemplo, a testosterona, o hormônio sexual masculino) e outros são vitaminas (por exemplo, a vitamina D). O colesterol, que para os químicos é um álcool complexo, é outro exemplo de esteróide: é importante componente de membranas celulares, embora hoje seja temido como causador de obstrução (entupimento) em artérias do coração.

O colesterol não “anda” sozinho no sangue. Ele se liga a uma proteína e, dessa forma, é transportado. Há dois tipos principais de combinações: o HDL, que é o bom colesterol e o LDL que é o mau colesterol. Essas siglas derivam do inglês e significam lipoproteína de alta densidade (HDL – High Density Lipoprotein) e lipoproteína de baixa densidade (LDL – Low Density Lipoprotein).

O LDL transporta colesterol para diversos tecidos e também para as artérias, onde é depositado, formando placas que dificultam a circulação do sangue, daí a denominação mau colesterol. Já o HDL faz exatamente o contrário, isto é, transporta colesterol das artérias principalmente para o fígado, onde ele é inativado e excretado como sais biliares, justificando o termo bom colesterol.

*******************************

Exercícios página 40

****************************************
Características Gerais dos Seres Vivos

Como você pode distinguir um ser vivo de um ser inanimado?

Os seres vivos compartilham algumas características em comum. Veja abaixo.

Organização Celular

Com exceção dos vírus, todos os seres vivos são formados por células. Célula é a menor parte com forma definida que constitui um ser vivo dotada de capacidade de auto-duplicação (pode se dividir sozinha). São as unidades estruturais e funcionais dos organismos vivos. Podem ser comparadas aos tijolos de uma casa. As células, em geral, possuem tamanho tão pequeno que só podem ser vistas por meio de microscópio. Dentro delas ocorrem inúmeros processo que são fundamentais para manter a vida.

Os seres humanos possuem aproximadamente 100 trilhões de células; um tamanho de célula típico é o de 10 µm (1 µm = 0,000001m); uma massa típica da célula é 1 nanograma (1ng = 0,000000001g). A maior célula conhecida é a gema do ovo de avestruz.

Um ovo de avestruz, de tamanho médio, tem 15 cm de comprimento, 12 cm de largura, e peso de 1.4 kg. São os maiores ovos de uma espécie viva (e as maiores células únicas), embora eles sejam na verdade os menores em relação ao tamanho da ave.  

Composição química

Está representada por: 

• Substâncias inorgânicas: água e sais minerais. 

• Substâncias orgânicas (possuem o carbono como elemento principal): carboidratos, lipídios, proteínas, ácidos nucléicos e vitaminas. 

A composição química aproximada da matéria viva é de 75 a 85% de água; 1% de sais minerais; 1% de carboidratos; 2 a 3% de lipídios; 10 a 15% de proteínas e 1% de ácidos nucléicos.

Número de células

Todos os seres vivos são constituídos de células, mas o número de células varia de um ser para outro.

Existem os seres unicelulares, a palavra unicelular tem origem no latim uni, que significa "um, único". Esse são as bactérias, as cianobactérias, protozoários, as algas unicelulares e as leveduras.

Bactéria Escherichia coli, vista em microscópio eletrônico, ser unicelular.

Formas das células dos protozoários, seres unicelulares.

Os seres pluricelulares são formados por várias células, a palavra pluricelular tem origem no latim pluri, que significa "mais, maior".

Tipos de células

Os diferentes tipos de células podem ser classificadas em duas categorias quanto a sua organização do núcleo.

• Células procariotas - não apresenta uma membrana envolvendo o núcleo, portanto o conteúdo nuclear permanece mistura com os outros componentes celulares. Os únicos pertencentes a esse grupo são as bactérias, as cianofitas e as micobacterias.

• Células Eucariotas - no núcleo da célula eucariota fica "guardado" o material genético e, em volta do núcleo existe uma membrana que o separa do citoplasma. No citoplasma dessa células podem ser encontradas diversas estruturas membranosas.

Desenhos ilustrando a diferença de uma célula procariota (acima) e eucariota (a baixo).

Os níveis de organização das Células Eucariotas

A maioria dos seres pluricelulares possuem células especializadas para exercer algum tipo de função no organismo, como, por exemplo, captar o oxigênio. Essas células são organizadas em tecidos específicos e algumas vezes em órgãos.

A célula é a menor parte dos seres vivos. As estruturas das células garantem o funcionamento de todo o organismo.

O tecido é formado por conjuntos de um ou mais tipos de células, que podem ter diferentes funções.

O órgão é composto de diferentes tipos de tecido. Entre os órgãos, podemos citar: coração, cérebro, rins e olhos, cada um exercendo papel específico.

Um sistema é formado por vários órgãos que, em conjunto, exercem determinadas "funções", tais como locomoção, respiração e circulação.

Busca de energia

Além da organização celular, os organismos para se manterem vivos precisam de energia, que é obtida a partir dos alimentos ou da fotossíntese.

O modo em que os organismos obtém o alimento pode ser classificados como:

• Autótrofos: Os seres vivos, como plantas e as algas que realizam a sua nutrição por meio da fotossíntese.

• Heterótrofos: Os seres vivos, que buscam energia se alimentando de outros seres vivos pois são incapazes de produzir energia sozinhos (através da fotossíntese).

Capacidade de responder a estímulos

Os seres vivos devem ter a capacidade de responder a estímulos. E essa reação é feita das mais variadas formas.

As plantas, por exemplo, não possuem sistema nervoso, por isso têm respostas menos elaboradas que as dos animais, mas ela pode reagir com movimentos, como ocorre com a dormideira ou sensitiva, que se fecha quando é tocada; ou ainda apresentar um fenômeno conhecido como fototropismo (crescimento da planta orientado pela luz).

A essa capacidade de responder a estímulos do meio ambiente chamamos de irritabilidade.

Os animais apresentam respostas mais complexas aos estímulos do meio ambiente porque apresentam sistema nervoso. Possuem sensibilidade. Nós somos capazes de distinguir sons, cores, cheiros e gostos, além de outras coisas. Mesmo os animais que não possuem a visão, a audição ou outros sentidos bem desenvolvidos podem apresentar estruturas que lhes permitem perceber o ambiente a sua volta. As planárias, um tipo de verme achatado, não-parasita, por exemplo, não possuem olhos mas apresentam ocelos, estruturas que não formam imagens, mas fornecem uma percepção de luminosidade, permitindo que elas se orientem pela luz.

Reprodução

A reprodução é uma das características comuns a todas as espécies de seres vivos. Ter filhotes, isto é, ter descendentes, é importante para garantir a ocupação do ambiente e para se manter como espécie. Se não deixa descendentes, à medida que os indivíduos mais velhos vão morrendo, a espécie tende a desaparecer. Daí a importância da reprodução para a manutenção da existência da espécie.

Por isso devem ser valorizados projetos de preservação como o Projeto Tamar do Ibama. Esse projeto visa preservar as tartarugas marinhas acompanhando a época de desova, cuidando dos ninhos, e fazendo campanhas para a proteção desses animais para garantir a sua reprodução e conseqüentemente a manutenção da espécie.

Tipos de reprodução

Reprodução sexuada é aquela em que há participação de células especiais, os gametas. Os gametas são células que carregam parte do material genético que formará um novo ser. No animal, o gameta masculino é o espermatozóide e o gameta feminino é o óvulo.

A união dos gametas, que dá origem a um novo ser, chama-se fecundação. A fecundação pode ser interna, ou seja o gameta masculino encontra o gameta feminino dentro do corpo da fêmea, ou externa, ou seja o gameta masculino encontra o gameta feminino fora do corpo da fêmea.

A reprodução assexuada não envolve estas etapas especiais, os gametas; depende apenas das células.

A regeneração, um tipo de reprodução assexuada, ocorre, por exemplo, nas planárias.