Componentes Químicos da Célula - JAQUEIFBAIANO · Classificação dos componentes químicos da...

Componentes Químicos da Célula

CURSO: Licenciatura em Ciências Biológicas

DISCIPLINA: Biologia Celular e Molecular

PROFESSORA: Dra. Jaqueline Figuerêdo Rosa

1º) Hidrogênio (H)

2º) Oxigênio (O)

3º) Carbono (C)

4º) Nitrogênio (N)

ca. 96,5% da massa do organismo

Principais elementos dos seres vivos

Reece et al., 2015


2º) Oxigênio (O)

3º) Carbono (C)


99% do número total de átomos


Alberts et al., 1996

98% da massa do organismo



2º) Oxigênio (O)

3º) Carbono (C)


5º) Fósforo (P)

6º) Enxofre (S)

Reece et al., 2015

Classificação dos componentes químicos da célula

1) Substâncias Inorgânicas→ sais ou moléculas simples: Água; Sais Minerais;

2) Substâncias Orgânicas → moléculas que possuem ocarbono (C) como elemento principal, geralmente váriosátomos de carbono ligados covalentemente entre si:

Lipídios; Carboidratos; Proteínas; Ácidos Nucléicos.

Polímeros

Macromoléculas formadas pela ligação de subunidades menores (monômeros) semelhantes ou idênticas.

Classificação dos componentes químicos da célula

1) Substâncias Inorgânicas→ sais ou moléculas simples: Água; Sais Minerais;

2) Substâncias Orgânicas → moléculas que possuem ocarbono (C) como elemento principal:

Lipídios; Carboidratos; Proteínas; Ácidos Nucléicos.

MonossacarídeosAminoácidos

Nucleotídeos

ÁGUA

✓ Responsável por cerca de 70% do corpo dos seres vivos e do peso das células;

✓Só há vida onde há água.

Deserto Caatinga Mata Atlântica

Qual a diferença entre os três?

imotion.com.br andetur.com.brbiodiversitas.org.br

ÁGUA

Quantidades variam de acordo:1 – Espécie:

Humana (até 80%) Água viva (até 99%)

A quantidade de água no corpo dos seres vivos pode variar

favoritos.wordpress.com

ÁGUA

Quantidades variam de acordo:2 – Idade dentro da espécie:

Récem Nascido (ca. 80%) Idoso (ca. 60%)

farmaciajader.com.br haroldocauduro.com.br

ÁGUA

Quantidades variam de acordo:3 – Órgão ou tecido:

Ossos (ca. 20%) Encéfalo (ca. 90%)Músculos (ca. 83%)

shstonline.com ceimary.blogspot.com

guia.heu.nom.br

O que é a água?

futebolcomamendoim.files.wordpress.com

A água é uma substância formada por moléculas de H2O.

É uma moléculapolar

Região Eletronegativa

Região Eletropositiva

profs.ccems.pt

Ligações (Pontes) de Hidrogênio: ligação química entrea região negativa de uma molécula e um hidrogêniocom carga elétrica parcial positiva de outra.

São ligações fracas. Entretanto, em conjunto, mantêm alta coesão entre as moléculas da água


Reece et al., 2015

Devido as pontes de hidrogênio….

... a água apresenta Alto calor de fusão Alto calor específico Alto calor de vaporização

fismica.blogspot.com

Devido a polaridade da água ...

... substâncias polares e sais se dissolvem facilmente em água.

Alberts et al., 2017 Reece et al., 2015

Ureia em água

Devido a polaridade da água ...

... substâncias polares e sais se dissolvem facilmente em água.

Alberts et al., 2017 Reece et al., 2015

Tipos de substâncias quanto a solubilidade em água:

HIDROFÍLICAS: se dissolvem (misturam) em água → POLARES

HIDROFÓBICAS: não se dissolvem em água→ APOLARES

hydro = água

philos = amigo

hydro = água

phobos = medo

Ex. Sal e açúcar, álcool.

Ex. Óleo, gorduras, ceras

3.bp.blogspot.com

gettyimages.com

A água participa de muitas reações químicas:

SÍNTESE POR DESIDRATAÇÃO: União de moléculas → formação da água como produto.

HIDRÓLISE (hydro = água, lise = quebra):Reações de quebra de moléculas → água entra como

reagente



Raven et al., 1996

CARBOIDRATOS Glicídios, glúcides, glucídios, açúcares e hidratos de carbono

Composição química:Moléculas orgânicas→ C, H e O→ (CH2O)n

Alguns podem ter N e S

Funções:1) Energética: principal fonte de energia para as

células;2) Plástica/estrutural: participam de estruturas

celulares e do corpo dos seres vivos;3) Fazem parte da estrutura dos Ácidos Nucléicos e

do ATP;

São as biomoléculas mais abundantes na natureza.

CARBOIDRATOS Classificação:

Monossacarídeo (mono = um; sakcharon = açúcar)

✓Os mais simples→ 3 a 8 carbonos→ Cn(H2O)n

✓ Possuem: duas ou mais hidroxilas (OH); um grupo carbonila (CO): aldeído ou cetona;

Aldose Cetose


✓ Solúveis em água

CARBOIDRATOS

Classificação:

Monossacarídeo (mono = um; sakcharon = açúcar)

✓Os mais simples→ 3 a 7 carbonos→ Cn(H2O)n

✓ Classificados pelo nº de CNomenclatura→ nº de C + OSE

C3H6O3

C4H8O4

C5H10O5

C6H12O6

C7H14O7

→ TRIOSE

→ TETROSE

→ PENTOSE

→ HEXOSE

→ HEPTOSE

Classificação:

Monossacarídeo

C6H12O6 → HEXOSE

ISÔMEROS

Mesma fórmula química mas arranjos diferentes dos átomos

Ree

ceet

al.,

20

15

Principais fontes de energia:FrutoseGlicoseGalactose

Classificação:

Monossacarídeo

C6H12O6 → HEXOSE

Principais fontes de energia:FrutoseGlicoseGalactose

Átomos diferem no arranjo covalente

ISÔMEROS ESTRUTURAIS

Ree

ceet

al.,

20

15

Classificação:

Monossacarídeo

Átomos diferem no arranjo covalente

ISÔMEROS ESTRUTURAIS

Ree

ceet

al.,

20

15

ISÔMEROS ÓPTICOS (Enatiômetros)

Imagens especulares um do outro devido ao carbono assimétrico que

apresenta duas formas dos átomos ou grupos de átomos se ligarem a ele.

Classificação:

MonossacarídeoISÔMEROS


Ree

ceet

al.,

20

15

Raven et al., 1996

A forma cíclica predomina em 99% nas soluções aquosas


Classificação:

MonossacarídeoISÔMEROS


Ree

ceet

al.,

20

15

Raven et al., 1996

A forma cíclica predomina em 99% nas soluções aquosas

Sadava et al., 2009

CARBOIDRATOS

Classificação:

Monossacarídeo

C5H10O5→ PENTOSE

Ácidos Nucléicos:Ribose →ARN (RNA)Desoxirribose → ADN (DNA)

Raven et al., 1996

Nelson & Cox, 2002

CARBOIDRATOS

Classificação:

Oligossacarídeo (oligo = poucos, sakcharon = açúcar)

✓União de alguns monossacarídeos → Síntese pordesidratação (ligação glicosídica).

✓ Solúveis em água✓ Função: reconhecimento celular (glicolipídios e

glicoproteínas) e fonte de energia

Reece et al., 2015

CARBOIDRATOS

Classificação:

Oligossacarídeo (oligo = poucos, sakcharon = açúcar)

✓União de alguns monossacarídeos → Síntese pordesidratação (ligação glicosídica).

✓ Solúveis em água✓ Função: reconhecimento celular (glicolipídios e

glicoproteínas) e fonte de energia

Os mais abundantes são os dissacarídeos

(di = dois, sakcharon = açúcar)União de dois monossacarídeos

Função: fonte de energia

CARBOIDRATOS

Classificação: Dissacarídeos mais comuns:

Sacarose: Glicose + Frutose;Lactose: Glicose + Galactose;Maltose: Glicose + Glicose.

Nelson & Cox, 2002

Nelson & Cox, 2002Nelson & Cox, 2002

Sadava et al., 2009

CARBOIDRATOS

Classificação:

Polissacarídeo (poli = muitos, sakcharon = açúcar)

✓União de vários (>20) monossacarídeos→ (C6H10O5)n

✓Macromoléculas✓ Funções:

Armazenamento de energia:

Amido → Plantas e algas;

Glicogênio → Animais e fungos.

Estrutural: Celulose → Parede

celular das plantas; Quitina → Parede celular

fungos e Exoesqueleto de artrópodes.

Sadava et al., 2009

Reece et al., 2015Reece et al., 2015

Sadava et al., 2009

Sadava et al., 2009

Reece et al., 2015

Sadava et al., 2009

Sadava et al., 2009

Reece et al., 2015

Reece et al., 2015

LIPÍDEOS

São hidrocarbonetos;

Moléculas orgânicas APOLARES→ Insolúveis em água

Reece et al., 2015

LIPÍDEOS

São hidrocarbonetos;

Moléculas orgânicas APOLARES→ Insolúveis em água

Funções:1) Reserva energética: mais energia que

carboidratos e menos água para armazenar;2) Estrutural: membranas celulares;3) Informacional: hormônios;4) Isolante elétrico, térmico ou contra perda de

água.

Lipídeos

Classificação:

Triacilgliceróis (triglicerídeos)

✓1 Glicerol ligado a 3 ácidos graxos.

Nelson & Cox, 2002

Raven et al., 1996 Nelson & Cox, 2002

Grupo Carboxila

Cadeia hidrocarbonada

Reece et al., 2015

Lipídeos

Classificação:



Grupo Carboxila

Cadeia hidrocarbônica

Insaturada→ líquido Saturada→ sólido

Alberts et al., 2017 Nelson & Cox, 2002

Classificação:



LíquidoSólidoNelson & Cox, 2002

Nelson & Cox, 2002

Lipídeos

Classificação:



✓ Síntese por desidratação: ligação ésterNelson & Cox, 2002

Lipídeos

Reece et al., 2015

Classificação:



Nelson & Cox, 2002


Nelson & Cox, 2002

Lipídeos

Classificação:


✓ Função: reserva energética e isolante térmico

Plantas → ÓleosInsaturados

Animais → GorduraSaturados

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Lipídeos

Classificação: Fosfolipídios✓Principais componentes das membranas celulares✓ São anfipáticos

Região Polar→ cabeça hidrofílicaRegião Apolar→ caudas hidrofóbicas

✓ 2 Tipos:

Glicerofosfolipídios EsfingofosfolipídioSerinaColinaInositolEtanolamina

Nelson & Cox, 2002Nelson & Cox, 2002

Esfi

ngo

sin

a

Lipídeos

Classificação: Fosfolipídios

Glicerofosfolipídios

Cooper, 2004

Lipídeos

Cooper, 2004

Classificação: Fosfolipídios

Esfingofosfolipídio

Nelson & Cox, 2002

Cooper, 2004

Lipídeos

Classificação: Glicolipídios✓Outro componente das membranas celulares✓ São anfipáticos


Nelson & Cox, 2002

Esfi

ngo

sin

a

Lipídeos

Cooper, 2004

Classificação: Fosfolipídios e glicolipídios✓ São anfipáticos


Lipídeos

Reece et al., 2015

Esfi

ngo

sin

a

Esfi

ngo

sin

a

Lipídeos de Armazenamento

(Apolares)

Lipídeos de Membrana(Anfipáticos)

Lipídeos

Classificação:

Esteróides

✓4 anéis de carbonos interligados/fusionados.✓ São anfipáticos✓ Componente das membranas celulares, precursores

de vários produtos, hormônios (p. ex. hormônios, ácidosbiliares).

✓ Exemplos: colesterol (animais), ergosterol (fungos),estigmasterol (plantas). Obs. Bactérias não sintetizam.

Ergosterol

themedicalbiochemistrypage.org

Lipídeos

ColesterolReece et al., 2015

Classificação:

Esteróides

✓4 anéis de carbonos interligados/fusionados.✓ São anfipáticos✓ Componente das membranas celulares, precursores

de vários produtos, hormônios (p. ex. hormônios, ácidosbiliares).

✓ Exemplos: colesterol (animais), ergosterol (fungos),estigmasterol (plantas). Obs. Bactérias não sintetizam.

Lipídeos


PROTEÍNAS

Composição química:Moléculas orgânicas→ C, H, O, NAlgumas podem ter SMacromoléculas (Polímeros)→ união de AMINOÁCIDOS

Carbono-alfa

PROTEÍNAS

Grupo CarboxilaGrupo Amina


PROTEÍNAS


Radical

Varia entre os 20 tipos de aminoácidos

PROTEÍNAS


PROTEÍNAS


Reece et al., 2015


PROTEÍNAS

Composição química:Moléculas orgânicas→ C, H, O, NAlgumas podem ter SMacromoléculas (Polímeros)→ união de AMINOÁCIDOSO carbono α é assimétrico, mas nos seres vivos só

encontramos a forma L


O aminoácido quando dissolvido em água se ioniza

Existem 20 tipos de Aminoácidos que diferem no Radical

PROTEÍNAS

pH 7


Agrupados segundo sua cadeia lateral em:

✓ Apolares (Hidrofóbicas);✓ Polares não carregadas (Hidrofílicas);✓ Polares carregadas (Hidrofílicas): Negativa e Positiva.


Reece et al., 2015

Alguns organismos não conseguem produzir todos ostipos de aminoácidos necessários.

Aminoácido Natural→ é produzido

Aminoácidos Essenciais→ não é produzido

Obtidos através da alimentação

Os seres humanos não produzem 8 aminoácidos:isoleucina, leucina, valina, fenilalanina, metionina,treonina, triptofano e lisina

PROTEÍNAS

PROTEÍNAS

Os aminoácidos se unem através de uma reação desíntese por desidratação→ Ligação peptídica

Ligação entre o grupo amina de umaminoácido com o grupo carboxila de outro

H2O

PeptídeoAlberts et al., 2017

Peptídeo

Reece et al., 2015

PROTEÍNAS

Os aminoácidos se unem através de uma reação desíntese por desidratação→ Ligação peptídica

Ligação entre o grupo amina de umaminoácido com o grupo carboxila de outro

Nomenclatura de acordo com nº de aminoácidos:

Dois → Dipeptídeo

Três → Tripeptídeo

Quatro → Tetrapeptídeo

Poucos → Oligopeptídeo

Muitos → Polipeptídeo

Peptídeo

Proteína


PROTEÍNAS

Funções:Metabolismo: acelera reações químicas→ Enzimas Defesa: anticorpos Informacional: hormônios (exemplo insulina) Estrutural: cabelo, unha, casco, citoesqueleto. Transporte: membranas biológicas, citoesqueleto,

cílios, flagelos; Etc.

São as moléculas orgânicas mais versáteis!!!!! Que possuem grande número de funções!!

Reece et al., 2015

PROTEÍNAS

Funções:Metabolismo: acelera reações químicas→ Enzimas Defesa: anticorpos Informacional: hormônios (exemplo insulina) Estrutural: cabelo, unha, casco, citoesqueleto. Transporte: membranas biológicas, citoesqueleto,

cílios, flagelos; Etc.

São as moléculas orgânicas mais versáteis!!!!! Que possuem grande número de funções!!

Cada função está associada a uma proteína diferente!!!!

PROTEÍNAS

1)Número de aminoácidos;

2)Tipos de aminoácidos presentes;

3)Sequência dos aminoácidos.

Em que diferem as proteínas?

A função e a atividade de uma proteína dependem da sua complexa arquitetura tridimensional!

FibronectinaLisozima

Hemoglobina

Chaperonina

Reece et al., 2015


Sadava et al., 2009

Sadava et al., 2009

1-Primária

2-Secundária

3-Terciária

4-Quaternária

Raven et al., 1996

A Arquitetura (Forma) de uma proteína é determinada por quatro níveis de

estruturas/organização (enovelamento)!

Todas proteínas possuem esses três níveis!

Estrutura Primária:sequência de resíduosaminoácidos queformam a cadeiapolipeptídica.

Reece et al., 2015

PROTEÍNAS

Estrutura Secundária: configuração espacial daproteína → Resultante de pontes de hidrogênio entreos grupos N-H e C=O na cadeia principal.

PROTEÍNAS

Sadava et al., 2009

PROTEÍNAS

São dois tipos:

Sadava et al., 2009


PROTEÍNAS


Na α-hélice, ocorreuma ligação dehidrogênio a cadaquatro ligaçõespeptídicas!

Uma volta completa acada 3,6 resíduos deaminoácidos!


PROTEÍNAS


Na folha-β, dois os maissegmentos da cadeiapolipeptídica dispõem-selado a lado e mantêm-seconectados pelasligações de hidrogênio!


As cadeias lateraisdispõem-se acima ouabaixo das fitas.

PROTEÍNAS


Na folha-β, os segmentosadjacentes podem estardispostos em orientaçõesopostas (antiparalelas) ouna mesma direção(paralelas)!


Estrutura Terciária: formação de novas dobras ou pregastridimensionais nas estruturas secundárias, fruto deinterações entre as cadeias laterais (R) dos resíduos deaminoácidos.

PROTEÍNAS

Sadava et al., 2009


PROTEÍNAS

Sadava et al., 2009Sadava et al., 2009


PROTEÍNAS


Estrutura Quaternária: combinação de dois ou maispolipeptídeos.

PROTEÍNAS

Sadava et al., 2009

Reece et al., 2015

Reece et al., 2015

Hemoglobina

Diversos tipos de ligação entre as cadeias laterais contribuem para as estruturas terciária e quaternária.

PROTEÍNAS

Pontes de HidrogênioLigações covalentes: pontes S—S

Ligações iônicasInterações hidrofóbicas

Interações de van der Waals

Conformação → arranjo espacial (tridimensional) final dos átomos de uma proteína.

A atividade da proteína depende da conformação

que ela assume.

Reece et al., 2015

A maioria apresenta uma única conformação estável.

Desnaturação de Proteínas: desenrolamento e alteraçãoda estrutura espacial de uma proteína – Perda da estruturaterciária.

As causas são alterações:TemperaturaGrau de acidezConcentração de sais ou outras substâncias polares

Conseqüência: perda da função

farm4.static.flickr.com

PROTEÍNAS

Reece et al., 2015

PROTEÍNAS

As chaperoninas protegem as proteínas novas oudesnaturadas de ligações inapropriadas queatrapalhem o dobramento correto!

Chaperonina da Escherichia coli

Reece et al., 2015

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Nucléicos→ foram descobertos no núcleo das células:

Dois tipos: Ácido Desoxirribonucléico→ ADN

DNA (Desoxirribonucleic acid)Guarda e transmite a informação genética

Ácido ribonucléico→ ARNRNA (Ribonucleic acid)Síntese de proteína

Moléculas orgânicas→ C, H, O, N, PMacromoléculas→ união de Nucleotídeos

ÁCIDOS NUCLÉICOS

O Nucleotídeo é composto de: Fosfato Açúcar (Pentose) Base Nitrogenada


ÁCIDOS NUCLÉICOS


O Nucleotídeo é composto de:Fosfato

Ácido fosfórico (H3PO4) ionizado

Ácido Fosfórico Fosfato

H2O

ÁCIDOS NUCLÉICOS

O Nucleotídeo é composto de: Açúcar (Pentose)

Desoxirribose→ ADN (DNA) Ribose→ ARN (RNA) Alberts et al., 2017


ÁCIDOS NUCLÉICOS

O Nucleotídeo é composto de: Base Nitrogenada

5 Tipos:Adenina (A)→ RNA e DNAGuanina (G)→ RNA e DNACitosina (C)→ RNA e DNATimina (T)→ DNAUracila (U)→ RNA

Purina

Pirimidina


Reece et al., 2015

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Os Nucleotídeos no ADN – desoxirribonucleotídeos:

Raven et al., 1996

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Os Nucleotídeos no ARN – ribonucleotídeos:

Raven et al., 1996

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Os Nucleotídeos se ligam através de ligações fosfodiéster:O fosfato une o carbono 3’ da pentose de um nucleotídeo

com o carbono 5’ de outro nucleotídeo

C 3’

C 5’ Alberts et al., 2017

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Estrutura espacial:ADN (DNA) → Duas cadeias polinucleotídicas espiraladas e

antiparalelas.

Nelson & Cox, 2002

Reece et al., 2015Reece et al., 2015

Reece et al., 2015

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Estrutura espacial:ADN (DNA) → Duas cadeias polinucleotídicas espiraladas e

antiparalelas.

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Estrutura espacial:ARN (RNA)→ Uma cadeia polinucleotídica

Sadava et al., 2009

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Estrutura espacial:ARN (RNA)→ Uma cadeia polinucleotídica

Bases complementares pode realizar pontes dehidrogênios gerando formatos tridimensionais.

Sadava et al., 2009 Reece et al., 2015

ÁCIDOS NUCLÉICOS

Estrutura espacial:ARN (RNA)→ Uma cadeia polinucleotídica Três tipos principais:

ARN mensageiro (ARNm)ARN ribossômico (ARNr)→ 50% do ribossomoARN de transferência ou transportador (ARNt)ARN m

ARN r

Ribossomo

ARN t

Raven et al., 1996 Cooper, 2004Alberts et al., 1996


Os nucleotídeos também servem como depósito de energia:

Adenosina Trifosfato (ATP)


Ligação de alta energia (~P)

AdenosinaRibose Adenina

Trifosfato

A Adenosina Monofosfato (AMP) é utilizada na síntese de ARN

Sadava et al., 2009

Adenosina Trifosfato (ATP)

As trocas de energia dentro da célula envolvemtransferência de grupos fosfato do ATP.

Cooper, 2004Alberts et al., 2017

Outros nucleotídeos também têm ligações de alta energia...Citidina Trifosfato (CTP)Uridina Trifosfato (UTP)Guanosina trifosfato (GTP)Timosina trifosfato (TTP)

Entretanto, o ATP é o principal fontede energia!!!!!

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