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Trabalho sobre a Importância das Biomoléculas e sobre a esrtrutura da célula, realizado no âmbito da disciplina de Biologia (10º ano).
Resumo: A célula é o centro de todos os processos naturais que ocorrem nos seres vivos. Até à descoberta do microscópio, pouco se sabia acerca da célula. As células caracterizam-se por serem constituídas a nível estrutural, funcional e molecular. As principais moléculas orgânicas existentes são os glícidos, os lípidos, os ácidos nucleicos e os prótidos. As moléculas inorgânicas são a água e os sais minerais. As biomoléculas constituem uma grande importância na defesa dos organismos humanos.
Palavras-chave: Célula, molécula., biomolécula, seres vivos, moléculas orgânicas, moléculas inorgânicas, glícidos, lípidos, ácidos gordos, ácidos nucleicos, prótidos, proteínas, monossacarídeos, dissacarideos, polissacarideos, água, sais minerais, célula eucariótica, célula procariótica, célula eucariótica animal, célula eucariótica vegetal, núcleo, membrana plasmática, membrana celular, plasmalema, região hidrofóbica, região hidrofílica, proteína intrínseca, proteína extrínseca, fosfolípidos, osmose, triglicerídeos, citoplasma, ribossoma, retículo Endoplasmático, molécula anfipática, molécula, parede celular, ácido ribonucleico, ADN, ácido desoxirribonucleico, RNA.
Introdução: A Bioquímica é uma área que estuda a química dos seres vivos e que define a natureza das biomoléculas. Esta disciplina tem ainda, como objectivo explicar os processos envolvidos na formação e degradação dessas moléculas. Todos os processos biológicos que ocorrem nos seres vivos têm como centro a célula. A célula só foi descoberta com a descoberta e o avanço do microscópio. A célula, apesar de ser a estrutura mais pequena do ser, é também a mais complexa, uma vez que possui inúmeros organelos e estruturas. As células dividem-se em procarióticas, que são as mais simples e em eucarióticas, que são as mais complexas. As células eucarióticas podem, ainda ser animais ou vegetais, segundo o organismo a que pertencem. Derivado desta classificação, a sua constituição varia, não alterando três dos seus constituintes fundamentais: núcleo, citoplasma e membrana celular. Para além das suas características a nível estrutural, e funcional, a célula também tem características a nível molecular.
Da constituição das células fazem parte as biomoléculas orgânicas: ácidos nucleicos (ADN e RNA), lípidos, glícidos e prótidos e as biomoléculas inorgânicas: água e sais minerais. As biomoléculas têm funções a nível energético, enzimático, de transporte, estrutural, reguladora entre outros.
Estas biomoléculas são constituídas a partir da união de monómeros. A água é o composto mais importante das células, devido a ser neutra, à sua pureza e polaridade.
Todas estas biomoléculas são fundamentais para o funcionamento do organismo humano, porque todas têm funções diferentes e completam-se.
A invenção do microscópio em 1590, por Jansen, permitiu a descoberta da existência da célula, uma vez que esta apresenta reduzidas dimensões. Mais tarde, e em consequência de várias observações, Schleiden e Scwann formularam a Teoria Celular.
Esta teoria afirma que a célula é a unidade básica, estrutural e funcional de todos os seres vivos. Todas as células provêm de células pré-existentes. A célula é a unidade fundamental de reprodução, hereditariedade e desenvolvimento dos seres vivos.
A célula é o centro para a compreensão dos processos biológicos que ocorrem nos seres vivos.
A célula divide-se em dois grandes grupos: células procarióticas e células eucarióticas.
A célula procariótica é caracterizada por ter uma constituição muito simples, e sem núcleo individualizado e com um reduzido número de organelos, normalmente só possuem ribossomas. O material genético presente neste tipo de células, é apenas uma molécula de ADN circular que não está associada a proteínas e encontra-se espalhada pelo citoplasma.
Fig. 1 Célula Procariótica
Pensa-se que este tipo de células tenha evoluído a partir das células procarióticas.
As células eucarióticas possuem núcleo individualizado e um invólucro que delimita o material genético.
Estas células são também, mais complexas do que as procarióticas, devido à sua organização estrutural. Possuem um sistema membranar interno, bastante complexo, constituído por retículo endoplasmático, mitocôndrias, aparelho de Golgi, cloroplastos, vacúolos, parede celular, centríolos, lisossomas, ribossomas e citoesqueleto.
As células eucarióticas dividem-se em dois tipos: células eucarióticas animais e células eucarióticas vegetais.
Fig. 2 Célula eucariótica animal
Fig. 3 Célula eucariótica vegetal
As células são a unidade básica da vida, e por isso apresentam uma grande variedade morfológica que está directamente relacionada com a função que desempenha e com o organismo a que pertence.
As células animais e vegetais têm em comum três estruturas que são fundamentais: citoplasma, núcleo e membrana.
O núcleo é o maior e o mais importante organelo celular. Contém toda a informação de que a célula necessita para funcionar. É também responsável pelo controlo da produção de enzimas que dão origem a reações dentro das células, nos organelos. Supõe-se que estes organelos se tenham desenvolvido a partir de organismos mais simples, presentes nas células primitivas.
Fig.4 Núcleo
A maior parte do citoplasma é constituída por um sistema de membranas duplas, designado reticulo endoplasmático. O retículo endoplasmático rugoso está associado a uma síntese proteica, e o retículo endoplasmático liso está relacionado com uma síntese lipídica.
À volta destas membranas fica a matriz básica do citoplasma que contém as proteínas solúveis da célula. Este organelo apresenta também uma vasta superfície onde ocorrem as reações químicas essenciais. Também as enzimas mais importantes para o metabolismo celular se encontram no citoplasma. Os produtos que derivam das enzimas, são armazenados nas cisternas (sistema de canais que se dilatam).
Fig.5 Citoplasma
Para sobreviver, a célula tem de obter matérias-primas necessárias para executar as suas reações químicas. Esta estrutura é capaz de libertar produtos inúteis que resultam destas reações. A formação destes compostos foi extremamente importante para a criação das membranas celulares.
A membrana é uma estrutura que envolve a célula e é responsável pela troca de substâncias entre o meio intracelular e o meio extracelular.
Fig. 6 Membrana celular
A membrana plasmática é constituída por 60% a 75% de proteínas e 25% a 40% de lípidos, podendo ainda conter cerca de 10% de glícidos. A composição da membrana varia de acordo com o tipo de célula.
A membrana é composta maioritariamente por um grupo de moléculas lipídicas (fosfolipídos, colesterol, glicolípidos), juntamente com um grupo de moléculas proteicas.
Os lípidos que constituem a membrana são essencialmente fosfolípidos, dado que têm na sua composição fosfato.
A membrana plasmática contém uma barreira selectiva, e é através desta que se dão as trocas de energia entre a célula e o meio exterior, facto que faz com que se possa afirmar que esta não é impermeável.
Segundo investigações feitas por Nageli e Cramer, em 1885, a membrana é constituída por fosfolípidos.
Fig.7 Representação da molécula de fosfolípido
Estas moléculas são anfipáticas, pois orientam a extremidade com afinidade para a água para o meio intracelular e extracelular e outra extremidade hidrofóbica (sem afinidade para a água) está orientada para o lado interno da membrana, formando assim uma bicamada de fosfolípidos.
Fig. 8 Bicamada fosfolipídica
Esta bicamada funciona como uma barreira para grande parte das moléculas solúveis em água.
Mais tarde, Davson e Danielli propuseram que a bicamada fosfolipídica seria revestida tanto interna como externamente por uma camada de proteínas.
Fig.9 Revestimento da bicamada fosfolipídica por proteínas
As proteínas têm funções enzimáticas de transporte e transmissão de mensagens e de acordo com o lugar que ocupam podem ser classificadas em: proteínas periféricas ou extrínsecas e proteínas integradas ou intrínsecas.
As proteínas periféricas localizam-se à superfície da membrana enquanto que as proteínas integradas estão localizadas entre os fosfolípidos e podem atravessar por completo a bicamada.
Estas proteínas, além de enzimas, são também proteínas capazes de transportar substâncias ou proteínas receptoras de sinais do meio externo.
Com o aparecimento do microscópio electrónico, confirmou-se este modelo.
No entanto, este modelo não era capaz de explicar a passagem de moléculas polares (água, aminoácidos, monossacarídeos) através da membrana. Se a camada de lípidos fosse contínua, não seria possível que estas substâncias passassem entre a membrana.
Com o avanço das investigações, verificou-se que este modelo possuía informações não compatíveis com novos dados.
Verificou-se que as proteínas não revestiriam toda a superfície da bicamada fosfolipídica assim como quando a membrana era sujeita a ações enzimáticas, a camada fosfolipídica danificava-se mais facilmente do que as proteínas. Algumas das proteínas também eram de remoção mais fácil do que outras.
Estes dados, serviram para comprovar que na membrana também existem poros, por onde as substâncias são transportadas.
Fig.10 Existência de Poros
Todos estes dados foram imprescindíveis para a criação do Modelo do Mosaico Fluido, sugerido por Singer e Nicholson, em 1972.
Fig.11 Modelo de Mosaico Fluido
O modelo do Mosaico Fluido é assim denominado devido ao facto de a membrana plasmática ser uma estrutura flexível e também devido à grande fluidez das moléculas que o constituem, dado que estas têm movimento.
Os movimentos das moléculas podem ser laterais ou de flip-flop.
Os movimentos laterais ocorrem quando as moléculas fosfolipídicas trocam a sua posição com outras que se encontram na mesma camada. São os movimentos mais frequentes.
Os movimento de flip-flop ocorrem quando as moléculas fosfolipídicas realizam movimentos transversais e mudando assim de camada.
Fig.12 Movimentos de Flip-flop e movimentos transversais dos lípidos
Para além dos constituintes em comum com a célula vegetal, a célula animal possui centríolos.
Os centríolos são organelos que participam na divisão celular, mas não estão envolvidos por membranas.
Fig.13 Centríolos
A célula vegetal apresenta duas estruturas que a diferenciam da célula animal, são elas os cloroplastos e a parede celular.
Fig. 14 Célula Vegetal
A parede celular é uma película que envolve as células e tem como principal função dar-lhes suporte e protegê-las. Serve também para possibilitar a passagem de nutrientes e contribui para a manutenção das células, não permitindo assim que estas se deformem.
É uma estrutura permeável, mas não controla as substâncias que penetram o interior das células. A parede celular é constituída essencialmente por celulose.
Fig.15 Parede celular
Os cloroplastos são organelos que possuem membrana dupla na qual se encontram os pigmentos responsáveis pelos processos da fotossíntese. Pensa-se que os cloroplastos evoluíram a partir de algas verde-azuladas.
Fig. 16 Cloroplastos
Para além das características estruturais e funcionais, a célula também possui características ao nível da sua formação molecular.
Todos os seres vivos são constituídos por células que por sua vez são constituídas por macromoléculas.
A Bioquímica é a disciplina que se dedica ao estudo da química dos seres vivos, e consequentemente ao estudo das biomoléculas.
Macromoléculas são moléculas orgânicas de grandes dimensões e são compostas por elementos químicos como o Carbono (C), o Hidrogénio (H), o Oxigénio (O), entre outros.
As biomoléculas são compostos químicos criados pelos seres vivos que estão presentes nas células e têm funções energéticas, estruturais, enzimáticas, de transporte de informação ou de armazenamento.
As biomoléculas dividem-se em dois grandes tipos: biomoléculas orgânicas e em biomoléculas inorgânicas.
Para a formação destes polímeros, é necessário que vários monómeros se unam e formem cadeias. A este processo dá-se o nome de polimerização. Após a junção de dois monómeros, ocorre a formação de uma molécula de água.
Se, pelo contrário, um polímero se desdobrar nos monómeros que lhe deram origem, a reação designa-se despolimerização.
As moléculas orgânicas são compostos sintetizados pelos seres vivos e que entram na estrutura e no funcionamento da matéria viva. As mais importantes são os prótidos, os ácidos nucleicos, os lípidos e os glícidos.
Os lípidos constituem um enorme e diversificado grupo de compostos que são designados também por gorduras. Os monómeros dos lípidos são os ácidos gordos e o glicerol.
Estas substâncias são insolúveis em água, devido às suas moléculas serem essencialmente hidrocarbonadas, ou seja, hidrofóbicas. Os lípidos são compostos ternários, formados apenas por Carbono, Oxigénio e Hidrogénio.
Os lípidos podem ser agrupados de acordo com a função que desempenham.
Os lípidos de reserva são geralmente as gorduras, que compõem as reservas energéticas. São constituídos por uma cadeia de átomos de carbono, que se finaliza com um grupo carboxilo. O glicerol e os ácidos gordos são os componentes fundamentais dos lípidos de reserva.
Fig. 17 Ácido Gordo Saturado - Ácido Oleico
Fig.18 Ácido Gordo Insaturado - Ácido esteárico
Nos lípidos estruturais destacam-se os fosfolípidos que constituem as membranas celulares. Da ligação de uma molécula de ácido fosfórico com uma molécula de glicerol e dois ácidos gordos, resultam os fosfolípidos. Os fosfolípidos possuem uma parte hidrofílica e outra hidrofóbica, por isso se chamam moléculas anfipáticas.
Fig. 19 Fosfolípido Lípidos com função reguladora
Os lípidos com função reguladora intervêm na regulação do organismo, como é o caso da testosterona e da progesterona.
São compostos ternários, formados por carbono, oxigénio e hidrogénio. As suas dimensões são variáveis e são solúveis em água. Os glícidos são também fontes de energia importantes para o metabolismo celular.
Nos glícidos, o oxigénio e o hidrogénio estão combinados na seguinte proporção: 2 átomos de hidrogénio para 1 átomo de oxigénio, H2O, tal como a água. Daí que por vezes também sejam designados hidratos de carbono. Os glicolípidos são os constituintes principais das membranas celulares. Estes glicolípidos podem ser agrupados em três grupos: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
Por vezes também são designados por oses, e são os glícidos mais simples, dado que só possuem uma molécula. A principal função dos monossacarídeos é o fornecimento de energia. São açucares, com sabor doce e solúveis em água.
São classificados de acordo com o número de átomos que possuem:
Os mais comuns na natureza são as hexoses, como é o caso da glicose e as pentoses.
Fig. 20 Glicose
Oligossacarídeos são o resultado da ligação de duas a dez moléculas de monossacarídeos. A lactose é um exemplo de um oligossacarídeo.
Fig.21 Lactose
São os glícidos mais importantes, abundantes e complexos. São constituídos por numerosas ligações de monossacarídeos. Uma das suas principais diferenças em relação aos outros glícidos é pelo facto de não serem hidrossoluveis, não cristalizarem nem serem doces. O amido é o exemplo de um polissacarideos.
Fig.22 Amido
São os constituintes essenciais de muitos tecidos e estruturas que eles próprios constroem (exemplos: pele, músculos, cabelo, …). Os prótidos são essencialmente estruturais e enzimáticos. A ordem pela qual os monómeros se encontram é fundamental no desempenho das suas funções. Os seus monómeros são os aminoácidos. Um exemplo de um prótido é o caso da treonina.
Fig.23 Treonina
Os prótidos têm diferentes níveis de organização.
Fig.24 Níveis de organização dos prótidos.
Os ácidos nucleicos são os coordenadores e responsáveis pela informação genética e pela hereditariedade dos organismos.
Os ácidos nucleicos dividem-se em dois:
Fig.25 ADN
Fig.26 RNA
G- Guanina, A- Adenina, C- Citosina, U- Uracina
Fig. 27 Bases azotadas
As moléculas inorgânicas são compostos que os seres vivos não conseguem obter por si próprios, como é o caso da água e dos sais minerais.
A água é o nutriente mais importante dos organismos, dado que é o componente básico da matéria viva. Todas a reações metabólicas desenvolvem-se em meios aquosos. O organismo humano é constituído essencialmente por água, mas esta constituição varia ao longo da vida. Um bebe é constituído por 80% de água, enquanto que num adulto a água representa aproximadamente 60%.
A água tem propriedades que fazem com que esta seja muito importante, tais como a sua polaridade, o facto de ser um bom solvente (hidrofílica), de ter adesividade e ser coesa e também por ser capaz de controlar a temperatura corporal.
A sua polaridade contribui para que esta seja um bom solvente, dado que as moléculas são capazes de estabelecer ligações com iões e formar compostos estáveis.
Fig.28 Pontes de Hidrogénio
As células são constituídas por sais minerais como o sódio, o potássio, o cloro, o cálcio, o fósforo, o ferro, entre outros. Apesar de se encontrarem em pequenas proporções, os sais minerais têm funções bastante importantes. Os fosfatos de cálcio, por exemplo, são muito importantes para a formação e manutenção dos ossos.
Os sais minerais, regulam as reações químicas pelas suas enzimas e também fazem parte da composição de algumas enzimas.
Fig. 29 Sais Minerais
Após serem ingeridos, os alimentos são degradados, através do processo da digestão, que os torna numa mistura homogénea.
Do produto resultante da digestão, o organismo consegue armazenar uma série de moléculas muitíssimo pequenas, capazes de passar para o sangue através do qual chegam aos tecidos, local onde são aproveitadas.
É através dos hidratos de carbono ou glícidos que o organismo obtém a energia necessária para realizar as suas reações metabólicas.
No interior das células ocorrem vários processos químicos que originam a libertação de quatro calorias por cada grama de hidrato de carbono.
No ser humano, o principal monossacarídeo é a glicose. Para que os outros glícidos sejam aproveitados é necessário que se transformem em glicose e assim, a molécula é capaz de penetrar no interior das células e sofrer um processo de combustão que liberta energia.
Dois dos monossacarídeos mais importantes para o ser humano são a frutose, que se encontra essencialmente na fruta e a lactose, que se encontra principalmente no leite.
Enquanto que os açúcares ingeridos são absorvidos e consumidos rapidamente, já os amidos demoram mais tempo a ser absorvidos, depois de serem ingeridos, o que faz com que a sua utilização seja mais prolongada.
Se a quantidade de açúcares ingeridos for excessiva, o organismo fica saturado e transforma essas substâncias em gorduras. Daí que o consumo excessivo de doces seja favorável à obesidade.
Assim, uma vez que têm grande importância na saúde humana, é preferível que os hidratos de carbono sejam ingeridos em forma de amidos.
Para além de terem grande importância como função energética nos seres humanos, os glícidos como a celulose e o ácido murâmico são fundamentais para a constituição da parede celular dos vegetais e das bactérias, respectivamente. A quitina, também é um glícido indispensável na composição da carapaça dos insectos e da parede celular dos fungos.
No organismo humano, as proteínas fazem parte do componente estrutural fundamental dos tecidos, daí que sejam indispensáveis para o seu crescimento e regeneração. Assim, considera-se que tenham uma função plástica.
As proteínas são fundamentais, sobretudo na infância, dado que favorecem o processo de crescimento. Porém, são igualmente importantes durante toda a vida, uma vez que permitem a manutenção dos tecidos.
Além destas, as proteínas têm outras funções. A pepsina tem a função enzimática e actua no suco gástrico. A queratina, com função estrutural, fortalece o cabelo e as unhas. Os anticorpos, localizam-se no plasma e nos tecidos, defendendo-os de baterias. A hemoglobina está localizada no sangue e ajuda no transporte. No pâncreas, a insulina tem a função reguladora.
Os lípidos ou gorduras, têm como principal função o armazenamento de energia em abundância, para épocas de escassez. De um grama de lípidos, podem ser obtidas nove calorias. É de realçar que ao serem consumidas em excesso, as gorduras ficam acumuladas no tecido adiposo (localiza-se entre a pele e os órgãos internos), conduzem à obesidade.
Os lípidos têm função estrutural, energética e reguladora. Com função reguladora, a testosterona e a progesterona intervêm na produção da hormona sexual masculina e feminina, respectivamente.
Na função estrutural, os fosfolípidos e as ceramidas intervêm na constituição das membranas celulares e a lecitina na constituição das membranas celulares nervosas.
Os triglicerídeos têm função energética e localizam-se no sangue.
Devido à sua estrutura química, os ácidos gordos podem ser divididos em saturados ou insaturados.
Os ácidos gordos saturados, geralmente estão presentes nos alimentos de origem animal, como o leite, a carne, e os ácidos gordos insaturados encontram-se maioritariamente nos alimentos de origem vegetal.
Os ácidos nucleicos são responsáveis pela informação genética e hereditária dos organismos.
Com a realização deste artigo, posso concluir que o ser humano, relativamente à sua constituição, é um ser bastante complexo.
Apesar de a célula ser uma estrutura muito pequena, é muito importante para o funcionamento correcto do organismo. Os seus constituintes são também fundamentais para a existência de vida, bem como as reações que ocorrem no seu interior.
Para finalizar, podemos afirmar que o todo o organismo está interligado.
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