A CÉLULA EUCARIONTE

AULA 2 – A CÉLULA EUCARIONTE: Organização Molecular.

As estruturas celulares são compostas pelas macromoléculas mais importantes e conhecidas, como, por exemplo, PROTEÍNAS; CARBOIDRATOS; LIPÍDIOS e MATERIAL GENÉTICO (DNA e RNA).

INTENSIDADE DAS LIGAÇÕES COVALENTES:

• 1kcal/mol = quantidade de energia necessária para aquecer  em 1°C, 1L de água.
• 1kj/mol -> 4,2kj = 1 kcal; portanto, é a mesma propriedade descrita acima, porém com conversão de unidades.

Importante salientar que as moléculas estão em constante movimento e rotatividade e, portanto, possuem energia cinética e, por vezes, colidem-se. No entanto, as ligações não se rompem porque as ligações covalentes (ligações de maior intensidade, maior até mesmo que as ligações iônicas) são, em geral, CEM VEZES mais fortes que a energia cinética (transformada em energia de colisão) das moléculas envolvidas, fazendo com que tais ligações se rompam apenas quando ocorre uma reação química envolvendo outras moléculas.  A quebra de ligações covalentes é violenta, mas nas células essa quebra é controlada pelas ENZIMAS.

As ligações simples permitem que a molécula rotacione ao redor do eixo de ligação. Uma ligação dupla impede tal rotação (por ser mais curta e forte), produzindo assim, um arranjo de átomos mais rígido e menos flexível.

• Quando há uma ligação covalente entre ÁTOMOS DIFERENTES, estes atraem os elétrons compartilhados com graus de força distintos, caracterizando uma molécula POLAR.

ATRAÇÕES ELETROSTÁTICAS:

Em solução aquosa, as ligações covalentes são de DEZ A CEM vezes mais intensas do que as demais forças de atração entre átomos, possibilitando conexões que definem os limites entre uma molécula e outra. No entanto, a química na biologia se baseia em ligações específicas entre diferentes moléculas. Essas ligações são medidas por um conjunto de atrações não covalentes que individualmente são fracas, mas que somadas criam uma força efetiva entre duas moléculas. PORTANTO, AS LIGAÇÕES COVALENTES POLARES SÃO IMPORTANTES À BIOLOGIA POR POSSIBILITAREM QUE AS MOLÉCULAS INTERAJAM POR MEIO DE FORÇAS ELÉTRICAS. Uma molécula grande com diversos grupos polares terá padrões de cargas positivas e negativas. Se essa molécula 1 encontrar-se com uma molécula 2 de cargas/padrões complementares, estas se atrairão por uma ligação eletrostática semelhante à ligação iônica, propiciando, assim, a atração singular de duas superfícies.

OBS: NO AMBIENTE BIOLÓGICO, A ÁGUA INTERFERE NA FORÇA DAS ATRAÇÕES ELETROSTÁTICAS.

ÁGUA:

A água perfaz cerca de 70% do peso de uma célula e, a maioria das reações intracelulares ocorre em meio aquoso. A molécula de água é composta por dois átomos de HIDROGÊNIO e um átomo de OXIGÊNIO, que se interagem por ligação covalente. Ambas as ligações são altamente polares, visto que, segundo a tabela de eletronegatividade, o oxigênio é mais eletronegativo (e, portanto, com maior capacidade de atrair elétrons) do que o hidrogênio (consequentemente, a distribuição eletrônica não acontece de maneira equitativa, sendo o oxigênio predominantemente negativo e os hidrogênios, positivos). QUANDO DUAS MOLÉCULAS DE ÁGUA ENTRAM EM CONTATO, OCORRE UMA LIGAÇÃO ELETROSTÁTICA QUE APROXIMA O HIDROGÊNIO (positivamente carregado) DE UMA MOLÉCULA AO OXIGÊNIO (negativamente carregado) DA OUTRA MOLÉCULA, ESTABELECENDO UMA LIGAÇÃO MAIS FRACA QUE A COVALENTE, DENOMINADA LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO. Essas ligações são facilmente rompidas por energia cinética resultante da energia calorífica das moléculas e, portanto, se estabelecem de maneira breve (são rompidas rapidamente). No entanto, quando essas duas moléculas de água passam a ser quatro (ou uma rede), as ligações de hidrogênio se rompem e se refazem com enorme rapidez/continuamente. É por esse motivo que, à temperatura ambiente, a água não é gasosa e sim, líquida; com alto ponto de ebulição e alta tensão superficial.

• UMA PONTE/LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO SE FORMA, GERALMENTE, QUANDO UM ÁTOMO DE HIDROGÊNIO POSITIVAMENTE CARREGADO (E QUE FAZ PARTE DE UMA LIGAÇÃO COVALENTE POSITIVA) APROXIMA-SE DE UM ÁTOMO DE CARGA NEGATIVA (GERALMENTE OXIGÊNIO OU NITROGÊNIO) PERTENCENTE A OUTRA MOLÉCULA. PODE OCORRER TAMBÉM EM DIFERENTES PARTES DE UMA MESMA MOLÉCULA GRANDE.

Moléculas que tem grande afinidade com água (dissolvem-se facilmente em água) são chamadas HIDROFÍLICAS. Já as moléculas que não se dissolvem facilmente em água (moléculas predominantemente ou totalmente apolares) são chamadas HIDROFÓBICAS e estas não são carregadas ou forma pouca/nenhuma ligação de hidrogênio.

• Se um bloco de gelo (água em estado sólido) fosse mais denso que a água líquida, este afundaria, carregando consigo parte dos organismos vivos presentes no mar primitivo, acabando com toda a possibilidade do desenvolvimento de vida na Terra, isso porque a água toda desse lago/mar primitivo teria redução em seu ponto de congelamento. No entanto, as propriedades da água determinam que, embora com estruturas mais rígidas, O GELO É MENOS DENSO QUE A ÁGUA LÍQUIDA, O FAZENDO FLUTUAR E PERMITINDO QUE A ÁGUA LÍQUIDA ABAIXO DA CAMADA DE GELO FIQUE TERMICAMENTE ISOLADA (impede fluxo de calor). Além disso, a água está sólida a 4°C, mas a 0°C, esta se torna líquida/sólida (as duas fases coexistem).

CARBOIDRATOS:

São polímeros também chamados de AÇÚCARES ou SACARÍDEOS e podem ser definidos quimicamente como POLI-HIDROXICETONAS (os monômeros/monossacarídeos originários deste polímero são denominados CETOSES) ou POLI-HIDROXIALDEÍDOS (os monossacarídeos originários deste polímero são denominados ALDOSES). Os monômeros têm de três a sete carbonos, sendo um deles integrante do grupo funcional CARBONILA e também é composto por duas funções HIDROXILA.

Os açúcares podem ser convertidos (hidrolisados) em OLIGOSSACARÍDEOS, que nada mais são do que RESÍDUOS TOTALMENTE HIDROLISADOS DE MONÔMEROS. Os monômeros a menor porção dos carboidratos e possuem pelo menos UM CARBONO QUIRAL/ASSIMÉTRICO, e que, portanto, são OPTICAMENTE ATIVOS e com pelo menos UM PAR DE ENANTIÔMEROS (um dextrorrotatório e um levorrotatório).

• Os monômeros com CINCO OU MAIS CARBONOS são mais ESTÁVEIS EM SUA FORMA CÍCLICA (nestes casos, há o equilíbrio entre a forma aberta e a forma cíclica, porém com predominância da segunda forma). São formados a partir da reação entre o GRUPO CARBONILA E A HIDROXILA DO ÚLTIMO CARBONO QUIRAL.
• Quando o exemplo dado acima ocorre, na geometria espacial da molécula, quando o grupo funcional HIDROXILA é colocado na posição ALPHA, ESTE ESTARÁ PERPENDICULAR À PARTE FECHADA DA MOLÉCULA. Já na posição BETA, A HIDROXILA ESTARÁ QUASE QUE NO MESMO PLANO DA PARTE FECHADA DA MOLÉCULA. [pic 1]

• O grupamento CARBONILA confere aos carboidratos o caráter REDUTOR (o agente redutor é o que OXIDA e, portanto, o que cede elétrons numa reação de oxirredução).
• Os polissacarídeos mais conhecidos tem função de RESERVA ENERGÉTICA (em PLANTAS: AMIDO e em ANIMAIS: GLICOGÊNIO. Por se tratarem de polímeros formados por monômeros em sua forma alpha, Têm conformação espacial HELICOIDAL, formando grãos ou estruturas globulares com espaços intramoleculares vazios que facilitam o acesso das enzimas digestivas); ALIMENTAÇÃO DE HETERÓTROFOS; ESTRUTURA E PROTEÇÃO (compõe exoesqueleto e paredes celulares de fungos. Os monômeros que formam os carboidratos estruturais são do tipo beta e, ao se ligarem, formam uma longa cadeia fibrilar – COM A MAIOR PARTE DOS MONÔMEROS FORMANDO UM ÚNICO PLANO – conferindo aos polímeros/carboidratos, propriedades físico-químicas, como por exemplo, grande resistência à ruptura [mesmo porque os feixes de fibras são fortalecidos pelas pontes de hidrogênio das hidroxilas das fibras adjacentes]);
• HETEROPOLISSACARÍDEOS: Encontrados, comumente, na formação de matérias estruturais e extracelulares de diversos reinos, como por exemplo, o PEPTIDIOGLICANO das paredes de bactérias.

LIPÍDIOS:

Não há nenhum grupamento químico especifico presente em todos os lipídios. Não constituem polímeros e são insolúveis em água. Dividem-se em lipídios compostos por ÁCIDOS GRAXOS [e são eles as CERAS; GORDURAS NEUTRAS; FOSFOLIPÍDIOS e ESFINGNOLIPÍDIOS]; ESTEROIDES e TERPENOIDES [derivados do ISOPROPENO].