Composição Química da Célula
 

Sumário

1. Introdução

Uma das evidências da evolução biológica e da ancestralidade comum dos seres vivos é que todas as formas de vida possuem composição química semelhante.
Na composição química das células dos seres vivos, estudamos dois grandes grupos de substâncias: as substâncias inorgânicas e as substâncias orgânicas.
São classificadas como substâncias inorgânicas a água e os sais minerais. São substâncias orgânicas os hidratos de carbono, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos. As substâncias orgânicas são formadas por cadeias carbônicas com diferentes funções orgânicas.

Dos elementos químicos encontrados na natureza, quatro são encontrados com maior frequência na composição química dos seres vivos. Esses elementos são o carbono (C) o oxigênio (O), o nitrogênio (N) e o hidrogênio (H). Além desses quatro elementos, outros são biologicamente importantes como o sódio (Na), potássio (K), cálcio (Ca), fósforo (P), enxofre (S), entre outros.

 Elementos químicos biologicamente importantes e sua localização na Tabela Periódica.

2. As Substâncias Inorgânicas

2.1. A Água

A vida na Terra começou na água e, ainda hoje, a ela se associa. Só há vida onde há água. As propriedades da água que a tornam fundamental para os seres vivos relacionam-se com sua estrutura molecular que é constituída por dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio por ligações covalentes. Embora a molécula como um todo seja eletricamente neutra, a distribuição do par eletrônico em cada ligação covalente é assimétrica, deslocada para perto do átomo de oxigênio.
Assim, a molécula tem um lado com predomínio de cargas positivas e outro com predomínio de cargas negativas. Moléculas assim são chamadas polares.

Quando os átomos de hidrogênio da molécula de água (com carga positiva) se colocam próximos ao átomo de oxigênio de outra molécula de água (com carga negativa), estabelece-se uma ligação entre eles, denominada ponte de hidrogênio.

A estrutura da molécula de água

Essa ligação garante a coesão entre as moléculas, o que mantém a água fluida e estável nas condições habituais de temperatura e pressão. Algumas das mais importantes propriedades da água relacionam-se com as ligações de hidrogênio:

1) Tensão superficial: coesão entre as moléculas da superfície, formando uma "rede".

Insetos sobre a superfície da água

2) Capilaridade: capacidade de penetrar em espaços reduzidos, o que permite à água percorrer os microporos do solo, tornando-se acessível às raízes das plantas.

3) Calor específico elevado: as moléculas de água podem absorver grande quantidade de calor sem que sua temperatura fique elevada, pois parte desta energia é utilizada no enfraquecimento das ligações de hidrogênio. Isso explica o papel termorregulador da água por meio da transpiração que mantém a temperatura em valores compatíveis com a manutenção da vida das diferentes espécies.

4) Capacidade solvente: a polaridade da molécula de água explica a eficácia em separar partículas entre si, pois o caráter polar da água tende a diminuir as forças de atração dos íons encontrados em sais e em outros compostos iônicos, favorecendo a dissociação dos mesmos. Os dipolos da água envolvem os cátions e ânions (solvatação)impedindo a união entre essas partículas carregadas eletricamente.

O fenômeno da solvatação iônica

Alguns dos principais papéis da água nos seres vivos são:

1) Solvente da maioria dos solutos, o que permite a ocorrência das reações químicas (é chamada solvente universal).

2) As reações catalisadas por enzimas só ocorrem na água. Em algumas reações, a água participa também como substrato (reações de hidrólise).

3) As substâncias distribuem-se pelo interior da célula graças ao fluxo contínuo de água no seu interior (ciclose).

4) Os sistemas de transporte dos animais (sistema circulatório) e dos vegetais (vasos condutores) usam a água como meio de distribuição de substâncias.

5) Devido ao seu elevado calor específico, a abundante presença de água nos seres vivos impede grandes variações de temperatura.

6) Age como lubrificante nas articulações, nos olhos e, misturada aos alimentos, como saliva, facilita a deglutição.

A água é a substância mais abundante em todos os seres vivos. No homem, representa cerca de 65% de sua massa. A proporção varia de uma espécie para outra (mais de 95% da massa dos celenterados), de acordo com a idade (diminui com o envelhecimento), com o sexo e de um tecido para outro. No homem, perdas maiores que 15% da massa de água (desidratação) podem ter consequências graves, pela diminuição do volume de líquido circulante.

A variação do teor de água em diferentes estruturas no ser humano.

2.2. Os Sais Minerais

Como a célula é um meio aquoso, não se encontram sais minerais, mas íons inorgânicos. Alguns deles são encontrados em todos os seres vivos.

– Cátions: sódio, potássio, magnésio, cálcio, ferro, manganês, cobalto, cobre, zinco.

– Ânions: cloreto, bicarbonato, fosfato, sulfato, nitrato.

Algumas ações são exercidas especificamente por alguns íons:

• Cálcio: participa da estrutura das membranas, dos cromossomas, do esqueleto dos vertebrados, da contração muscular e da coagulação do sangue.

• Ferro: faz parte das moléculas dos citocromos, componentes da respiração celular, e da molécula da hemoglobina, pigmento transportador de O₂ do sangue.

• Magnésio: encontrado na molécula da clorofila, pigmento fotossintetizante dos vegetais. O zinco, o cobre e o cobalto atuam como co-enzimas em alguns processos. O sódio e o potássio são os principais envolvidos na transmissão do impulso nervoso.

• Fosfato: importante componente da estrutura do ATP e dos nucleotídeos do DNA e do RNA.

• Iodo: faz parte da estrutura dos hormônios (tiroxinas) segregadas pela tiróide dos vertebrados.

De um modo geral, os sais na forma iônica atuam no metabolismo e na forma molecular estão presentes em estruturas esqueléticas como carapaças, conchas, ossos, chifres, cascos, onde são comuns o carbonato de cálcio e o fosfato de cálcio.

Estruturas esqueléticas dos seres vivos

3. Hidratos de Carbono ou Glicídicos

3.1. Apresentação

Os glicídicos são moléculas orgânicas formadas por átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O).

Os glicídicos também podem ser chamados de hidratos de carbono ou açúcares.

Nem sempre o açúcar (glicídicos) está relacionado com o paladar doce dos alimentos. Existem açúcares, como o amido da maizena e da farinha de trigo, que não são doces. São doces a glicose do mel e a frutose das frutas.

Os glicídicos apresentam muitas funções no metabolismo dos seres vivos; uma das mais importantes é a função energética dessas moléculas relacionadas com o metabolismo energético que envolve o funcionamento dos organelas mitocôndrias e cloroplastos.

Os autotróficos são os organismos capazes de produzir açúcares, a partir da utilização de dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O), utilizando a luz como fonte de energia para o fenômeno da fotossíntese.

Equação Geral da Fotossíntese.

A glicose produzida na fotossíntese é usadas como fonte de energia no metabolismo celular dos seres vivos. No corpo do vegetal, parte da glicose produzida na fotossíntese fica armazenada na forma de amido nos tubérculos (raízes e caules) e parte fica na forma de celulose na parede celular (membrana celulósica) das células vegetais.

  

3.2. Classificação

Os glicídios são classificados de acordo com o número de moléculas em sua constituição como monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

 I. Monossacarídeos
Os monossacarídeos são moléculas orgânicas formadas por átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O) na proporção 1: 2: 1, respectivamente, apresentando a fórmula geral (CH₂O) n, em que “n” pode variar de 3 a 7.

O nome genérico do monossacarídeo está relacionado com o valor de n.

n = 3 trioses
n = 4 tetroses
n = 5 pentoses
n = 6 hexoses
n = 7 heptoses

Os monossacarídeos mais abundantes são as hexoses com fórmula geral (C₆H₁₂O₆). Nessa classe, se inclui a glicose, o mais importante combustível para a maioria dos seres vivos, componente dos polissacarídeos mais importantes, como o amido e a celulose. Outras hexoses importantes são a frutose e a galactose.

Uma outra classe importante dos monossacarídeos são as pentoses com fórmula geral (C₅H₁₀O₅). As pentoses desoxirribose e ribose são os componentes dos ácidos nucléicos DNA e RNA, respectivamente.

As trioses e as heptoses são compostos que participam das reações dos processos metabólicos da respiração e da fotossíntese.

Os monossacarídeos são sólidos brancos, cristalinos, solúveis em água, sendo a maioria de sabor doce.

Algumas fórmulas estruturais de monossacarídeos:

Glicídios do tipo hexoses – glicose e galactose – possuem a função orgânica aldeído (aldose) e a frutose a função orgânica cetona (cetose).

 
Glicídios do tipo pentoses – componentes dos ácidos nucléicos.

II. Oligossacarídeos

Os oligossacarídeos são moléculas orgânicas formadas pela união de 2 a 10 moléculas de monossacarídeos.

Os oligossacarídeos mais importantes biologicamente são os dissacarídeos.

Os dissacarídeos, como a sacarose, maltose e lactose são formados pela união de dois monossacarídeos.

Reações de Síntese e Hidrólise de um Dissacarídeo

Os dissacarídeos presentes nos alimentos não são aproveitados diretamente pelo organismo. Estas moléculas precisam ser digeridas (hidrolisadas) pela ação de enzimas específicas em suas unidades formadoras (monossacarídeos) para serem absorvidas nas micro vilosidades intestinais e aí então chegarem até as células, via corrente sanguínea.

III. Polissacarídeos
 

São moléculas orgânicas formadas pela união de mais 10 moléculas de monossacarídeos.
Os polissacarídeos são abundantes na natureza, podendo ter função biológica de reserva energética, como o amido e o glicogênio ou função estrutural, como a celulose e a quitina.

Polissacarídeos de Reserva Energética

O amido é o polissacarídeo de reserva energética dos vegetais, sendo armazenado nas células do parênquima amiláceo de caules (batatinha) e raízes (mandioca).

O glicogênio é o polissacarídeo de reserva energética animal, sendo armazenado no fígado e músculos.

Amido e glicogênio são formados por milhares de moléculas de glicose e para serem aproveitados no metabolismo energético são transformados em moléculas de glicose, de acordo com os esquemas a seguir.

Polissacarídeos Estruturais

A celulose é o polissacarídeo presente na membrana celulósica das células vegetais (imagine sua abundância na natureza). Está relacionada com a estrutura e forma das células vegetais.

O aproveitamento da celulose na forma de moléculas de glicose só é possível na presença da enzima celulase, que é produzida por microrganismos como bactérias e protozoários, que vivem em simbiose no sistema digestivo de organismos como ruminantes, moluscos, etc.

No ser humano, a presença de celulose na dieta (alimentação) garante o bom funcionamento do intestino, a retenção de água ao bolo fecal, facilitando sua eliminação.

Nos artrópodes, o polissacarídeo quitina é um material impermeabilizante do exoesqueleto, garantindo boa adaptação à vida terrestre.

Nos tecidos animais, a compactação entre as células é facilitada pela presença do polissacarídeo ácido hialurônico (cimento intercelular).

A heparina também é um importante polissacarídeo que atua na circulação como anticoagulante, principalmente em regiões de grande irrigação como pulmões e fígado.

4. Os lipídios

4.1. Apresentação

Os lipídios são moléculas orgânicas formadas pela união de ácidos gordos e um tipo de álcool, que normalmente é o glicerol.

Os lipídios apresentam em sua constituição átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O), e diferem dos glicídios por apresentarem menos átomos de oxigênio, podendo ter na sua estrutura, além do ácido gordos e glicerol, átomos de fósforo, colesterol, etc.

Os lipídios aparecem com muita frequência na composição química dos seres vivos em diferentes partes do corpo, como no tecido adiposo, nas membranas celulares, na bainha de mielina dos neurônios, como precursores de vitaminas e hormônios, ceras impermeabilizantes nas superfícies de folhas e frutos, etc.

De um modo geral, são substâncias pouco solúveis em água e solúveis em compostos orgânicos apolares como éter, benzeno, clorofórmio e álcool.

4.2. O Papel Biológico dos Lipídios

Os lipídios desempenham várias funções importantes para os seres vivos, entre elas, a função de reserva energética, realizada pelas gorduras nos animais e pelos óleos nos vegetais.

A função estrutural é realizada pela cera nas folhas e nos frutos dos vegetais, assim como os fosfolipídios nas membranas celulares. As abelhas produzem cera utilizada na impermeabilização das células da colméia, para proteger o mel, o pólen e as larvas.

Os animais homeotérmicos (aves e mamíferos) dependem das reservas de gordura para a manutenção da temperatura corporal.

4.3. Classificação

I. Glicerídeos

São lipídios formados por ácidos gordos e glicerol.
Os glicerídeos mais comuns nos seres vivos são as gorduras e os óleos, que funcionam como material de reserva energética nos animais e vegetais, respectivamente. Nos animais as gorduras são encontradas no tecido adiposo e nos vegetais, os óleos são encontrados principalmente nas sementes.

Formação de um glicerídio a partir de ácidos gordos e glicerol.

As gorduras e os óleos podem ser diferenciados pelo aspecto, localização, origem e pelo tipo de ácido gordo que apresentam – saturado nas gorduras e insaturado no óleo.

As gorduras são depositadas no tecido adiposo dos animais, funcionando como material de reserva energética. Um tipo de gordura nos animais que é bem conhecido de todos é o toucinho e o bacon (que é o toucinho defumado) do porco, utilizado na alimentação.

Os óleos estão depositados mais frequentemente nas sementes dos vegetais, como, por exemplo, no girassol, na soja, no amendoim, no arroz, no milho, etc.

A partir dos óleos vegetais são produzidas as gorduras vegetais, conhecidas como margarinas, conseguidas por meio de reações de hidrogenação com aquecimento. Na constituição das margarinas, além do óleo vegetal, estão presentes vitaminas, sais minerais e conservantes.

A seguir, esquematizamos a obtenção da margarina por hidrogenação de óleos vegetais insaturados.

Os esquemas a seguir mostram exemplos de ácidos gordos saturados e insaturados

Ácidos gordos saturados (ligação simples entre carbonos)

Ácidos graxos insaturados (duplas ligações entre carbonos)

II. Cerídios

São lipídios formados pela união de ácido gordo de cadeia longa (de 14 a 36 átomos de carbono) com um álcool de cadeia longa (de 16 a 30 átomos de carbono).

As ceras possuem importância biológica no revestimento e proteção de superfícies dos corpos dos seres vivos.

As ceras revestem as folhas e frutos dos vegetais, diminuindo a taxa de transpiração, pois funcionam como material impermeabilizante.

As secreções oleosas das glândulas sebáceas protegem a superfície corporal dos mamíferos contra a desidratação.

 A secreção oleosa da glândula uropigiana das aves lubrifica as penas, evitando que as mesmas fiquem encharcadas no ambiente aquático.

III. Fosfolipídios

São lipídios formados por ácido gordo, glicerol e o grupo fosfato.

Os fosfolipídios estão presentes nas estruturas da membrana celular.

A estrutura da membrana celular

lV. Esteróides

São lipídios formados por ácidos gordos e alcoóis de cadeia cíclica como o colesterol.

Possuem importância metabólica na formação das hormônios esteróides e componentes da bílis.

A bílis é segredada pelo fígado, sendo constituída por sais que promovem a emulsificação das gorduras, facilitando a ação das lipases no intestino.

As hormônios esteróides são testosterona, estrógeno e progesterona, relacionados com as características sexuais e a produção de gametas.

A testosterona é hormônio masculino produzido nos testículos; o estrógeno e a progesterona são hormônios femininos produzidos no ovário.

5. As proteínas

5.1. Apresentação

As proteínas são macromoléculas, isto é, moléculas grandes, constituídas por unidades chamadas aminoácidos. Algumas propriedades importantes dos seres vivos estão associadas a elas: a facilitação para a ocorrência de reações químicas (enzimas), o transporte de oxigênio (hemoglobina), a transmissão de informações (hormônios), a composição estrutural das células (membranas, túbulos, etc.),
a defesa orgânica (anticorpos), etc.

Classificação das proteínas quanto à função biológica:

O que distingue uma proteína da outra é o número de aminoácidos, o tipo de aminoácidos e a sequência na qual eles estão ligados.

Todos os aminoácidos possuem um átomo de carbono central, ao qual se ligam um grupo carboxila (COOH), que confere caráter ácido, um grupo amina (NH₂), que tem caráter básico, um átomo de hidrogênio e um radical R, variável de um aminoácido para outro.

Fórmula geral de um aminoácido

O radical R pode ser um átomo de hidrogênio, um grupo ou grupos mais complexos, contendo carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre.

Os aminoácidos podem ser obtidos na dieta ou produzidos, a partir de açúcares. Todavia, as moléculas possuem nitrogênio. O nitrogênio constitui cerca de 80% do ar atmosférico, mas sua assimilação ocorre pela ação de microrganismos capazes de transformá-lo em compostos utilizáveis pelos vegetais (nitritos ou nitratos). Os vegetais empregam esses compostos para produzir aminoácidos, obtidos pelos animais através da alimentação.

Os animais podem sintetizar aminoácidos a partir de açúcar, graças à transferência do grupo NH₂ das proteínas da dieta. Podem, ainda, transformar alguns aminoácidos em outros. Todavia, existem alguns aminoácidos que não podem ser produzidos pelos animais, e precisam ser conseguidos na alimentação. São os aminoácidos essenciais. Aqueles que podem ser sintetizados nas células animais são chamados aminoácidos naturais.

São aminoácidos naturais a alanina, prolina, glicina, serina, tirosina, entre outros.
São aminoácidos essenciais a valina, leucina, triptófano, metionina, fenilalanina, entre outros.

Os alimentos ricos em proteínas, como o leite, a carne, os ovos, a gelatina, podem ser utilizados como fonte de aminoácidos para o organismo.

No leite existe a proteína caseína, que é utilizada pelo organismo como fonte de aminoácidos naturais.

5.2. As Reações de Síntese e Hidrólise das Proteínas

As proteínas, ou cadeias polipeptídicas, são formadas pela união entre aminoácidos. As ligações entre os aminoácidos são denominadas ligações peptídicas e ocorrem entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amina de outro aminoácido.

Para o organismo aproveitar as proteínas como fonte de aminoácidos, deve ocorrer ação enzimática das proteases na digestão das proteínas, que ocorre no estômago e no intestino.

Como cada ligação peptídica é formada entre dois aminoácidos, uma proteína com 100 (cem) aminoácidos apresentará 99 ( noventa e nove ) ligações peptídicas.

As proteínas diferem entre si pelo número, tipo e sequência dos aminoácidos em suas estruturas.

1) Reação de síntese

2) Reação de hidrólise (digestão) com ação de uma protease

5.3. As Estruturas das Proteínas

A sequência linear de aminoácidos de uma proteína define sua estrutura primária.

Estrutura primária de um oligopeptidio

O número de aminoácidos é muito variável de uma proteína para outra:

• Insulina bovina 51 aminoácidos
• Hemoglobina humana 574 aminoácidos
• Desidrogenase glutâmica 8 300 aminoácidos

O filamento de aminoácidos enrola-se ao redor de um eixo, formando uma escada helicoidal chamada alfa-hélice. É uma estrutura estável, cujas voltas são mantidas por pontes de hidrogênio.

Tal estrutura helicoidal é a estrutura secundária da proteína.
 

As proteínas estabelecem outros tipos de ligações entre suas partes. Com isto, dobram sobre si mesmas, adquirindo uma configuração espacial tridimensional chamada estrutura terciária. Essa configuração pode ser filamentar como no colágeno, ou globular, como nas enzimas.

A estrutura secundária de uma proteína

A estrutura terciária de uma proteína

Tanto o estabelecimento de pontes de hidrogênio como o de outros tipos de ligações dependem da sequência de aminoácidos que compõem a proteína. Uma alteração na sequência de aminoácidos (estrutura primária) implica em alterações nas estruturas secundária e terciária da proteína. Como a função de uma proteína se relaciona com sua forma espacial, também será alterada. Um exemplo clássico é a anemia falciforme. Nessa doença hereditária, há uma troca na cadeia de aminoácidos da hemoglobina (substituição de um ácido glutâmico por uma valina). Isto acaba por determinar mudanças na hemácia, célula que contém a hemoglobina, que assume o formato de foice quando submetida a baixas concentrações de oxigênio.

Muitas proteínas são formadas pela associação de dois ou mais polipeptídios (cadeias de aminoácidos). A maneira como estas cadeias se associam constitui a estrutura quaternária dessas proteínas. A hemoglobina, citada anteriormente, é formada pela união de duas cadeias "alfa" e duas cadeias "beta".

A estrutura quaternária da hemoglobina

5.4. Desnaturação das Proteínas

Quando as proteínas são submetidas à elevação de temperatura, a variações de pH ou a certos solutos como a uréia, sofrem alterações na sua configuração espacial, e sua atividade biológica é perdida. Este processo se chama desnaturação.

 Ao romper as ligações originais, a proteína sofre novas dobras ao acaso. Geralmente, as proteínas tornam-se insolúveis quando se desnaturam. É o que ocorre com a albumina da clara do ovo que, ao ser cozida, se torna sólida.

Na desnaturação, a sequência de aminoácidos não se altera e nenhuma ligação peptídica é rompida. Isto demonstra que a atividade biológica de uma proteína não depende apenas da sua estrutura primária, embora esta seja o determinante da sua configuração espacial.

Algumas proteínas desnaturadas, ao serem devolvidas ao seu meio original, podem recobrar sua configuração espacial natural. Todavia, na maioria dos casos, nos processos de desnaturação por altas temperaturas ou por variações extremas de pH, as modificações são irreversíveis. A clara do ovo solidifica-se, ao ser cozida, mas não se liquefaz quando arrefece.

5.5. As Funções das Proteínas

As proteínas desempenham quatro funções importantes para os seres vivos. Entre estas funções podemos citar a função estrutural ou plástica, hormonal, anticorpos (imunização) e enzimática.

As proteínas estruturais estão presentes em estruturas esqueléticas, como ossos, tendões e cartilagens, unhas, cascos, etc., além da membrana celular.

As proteínas hormonais atuam no metabolismo como mensageiros químicos, como a insulina e o glucagon que controlam a glicemia do sangue e o hormônio de crescimento denominado somatotrofina, segregada pela hipófise.

As proteínas de defesa imunológica são as imunoglobulinas (anticorpos).

As proteínas de ação enzimática (enzimas) são importantes como catalisadores biológicos favorecendo reações do metabolismo celular, como as proteases, a catalase, a desidrogenases, entre outras

06. Ácidos Nucléicos

6.1. Nucleotídeos

Em 1870, Miescher isolou substâncias que tinham caráter ácido e eram formadas por carbono, hidrogênio, oxigênio, azoto e fósforo, no núcleo de células do pus. Tais substâncias foram chamadas de ácidos nucléicos e sabe-se que elas estão relacionadas com o controle da atividade celular e com os mecanismos da hereditariedade.

Os ácidos nucléicos são formados pela união de nucleotídeos. Outras macromoléculas orgânicas são constituídas por unidades mais simples: as proteínas, por aminoácidos e os polissacarídeos, por açúcares simples, como a glicose. Cada nucleotídeo tem três subunidades: um grupo fosfato, uma pentose e uma base nitrogenada.

O grupo fosfato origina-se do ácido fosfórico (H₃PO₄).

Há duas pentoses que podem participar da estrutura dos nucleotídeos: a ribose (C₅H₁₀O₅) e a desoxirribose (C₅H₁₀O₄).

As bases azotadas possuem estrutura em anel, com átomos de azoto na molécula. Classificam-se em bases púricas (adenina e guanina) e bases pirimídicas (citosina, timina e uracila).

A quebra parcial dos nucleotídeos, com a retirada do grupamento fosfato, resulta em compostos formados por uma pentose e por uma base nitrogenada. São os nucleotídeos.

Nos seres vivos, há 2 tipos de ácidos nucléicos: o ácido desoxirribonucleico (DNA ou ADN) e o ácido ribonucléico (RNA ou ARN) com funções distintas.

O DNA é encontrado nos cromossomas, dirige a síntese das enzimas e, desta forma, controla as atividades metabólicas da célula. O RNA transfere as informações do DNA para os ribossomos, onde as enzimas e outras proteínas são produzidas.

6.2. O Ácido Desoxirribonucleico (DNA)

Para que uma molécula possa agir como portador das informações genéticas, deve satisfazer algumas condições.

1) conter grande quantidade de informações, passando-as de geração a geração.

2) fazer cópias de si mesma, uma vez que as informações são passadas às células-filhas.

3) ter mecanismos para transformar as informações em ação, controlando a atividade celular.

4) eventualmente, sofrer pequenos "enganos" e estes devem ser copiados fielmente e passados aos descendentes, o que é a base das mutações e da evolução.

O DNA cumpre todas essas exigências. É bastante grande e complexo, podendo conter enorme quantidade de informações. Pode-se auto duplicar, gerando cópias perfeitas de si mesmo. Comandando a síntese das enzimas, controla o metabolismo celular. Sofre, algumas vezes, alterações em sua sequência de nucleotídeos. Aceita-se, hoje, que o DNA é o material genético.

Os nucleotídeos de DNA possuem:

a) um grupo fosfato;

b) uma pentose: a desoxirribose;

c) uma base azotada: adenina, guanina, citosina ou timina.

Estudando a composição de moléculas de DNA de diferentes espécies, Erwin Chargaff determinou, em todas, uma relação constante:

Composição de bases do DNA de algumas espécies:

Estudos com difração de raio X, nos anos 50, mostravam que a molécula do DNA deveria ter a estrutura de uma grande hélice. James D. Watson e Francis Crick propuseram um modelo para a molécula do DNA, visando a explicar tanto suas características químicas quanto seus papéis biológicos. Segundo o modelo de Watson e Crick, a molécula do DNA tem estrutura de uma dupla hélice, como uma escada retorcida, com dois filamentos de nucleotídeos.

O modelo de Watson e Crick para a molécula do DNA

Os corrimãos da escada do modelo de Watson e Crick são formados pelas unidades açúcar-fosfato dos nucleotídeos. Cada degrau é constituído por um par de bases azotadas(uma de cada filamento), sempre uma base púrica pareada com uma base pirimídica.. Observe, no esquema anterior (Fig. C), que os dois filamentos complementares "correm" em sentido contrário.

A partir das relações descobertas por Chargaff, e estudando os possíveis locais de estabelecimento de pontes de hidrogênio entre duas bases azotadas, Watson e Crick concluíram que as duas cadeias paralelas de nucleotídeos permanecem unidas por pontes de hidrogênio entre as bases, sempre da mesma maneira: adenina com timina e citosina com guanina. Independentemente de qual seja a sequência de bases em um filamento, o outro tem sequência exatamente complementar. Por exemplo, se em um filamento se encontra a sequência:

O filamento complementar terá, obrigatoriamente:

Os dois filamentos da molécula poderiam ser assim representados:

Uma propriedade importante do material genético é conter toda a informação genética.

A sequência de bases do DNA é um "alfabeto" com quatro letras (A, T, C e G), nas mais diversas combinações. Um vírus tem filamentos de DNA com 10 000 nucleotídeos, enquanto o DNA presente nos 46 cromossomas humanos possui 10 bilhões deles em um metro e meio de comprimento. Isso equivale a uma biblioteca com cerca de 2 000 livros de 300 páginas cada!

Outra propriedade importante da molécula de DNA é a capacidade de se autoduplicar, gerando cópias perfeitas de si mesma. A expressão autoduplicação não é totalmente correta, pois, sem as enzimas e a matéria-prima necessárias ela não ocorre.

Durante a duplicação do DNA, os dois filamentos separam-se (por ruptura das pontes de hidrogênio), e a enzima DNA-polimerase utiliza cada filamento como "molde" para a montagem de um filamento novo. Os novos nucleotídeos são unidos entre si, obedecendo à sequência ditada pelo filamento original. Em frente a uma adenina, posiciona-se uma timina (ou vice-versa) e, em frente a uma citosina, coloca-se uma guanina (ou vice-versa).
 

Dessa forma, quando o processo se completa, cada filamento original serviu de molde para a montagem de um filamento novo. Cada nova molécula de DNA tem, portanto, um filamento recém-formado e um filamento remanescente da molécula inicial. A duplicação é semiconservativa.

6.3. O Ácido Ribonucléico (RNA)

O RNA é encontrado no núcleo das células (livre ou associado ao DNA) e no citoplasma (livre no hialoplasma, associado aos ribossomos ou como constituinte deles).

A ação do DNA, como controlador celular, conta com o RNA, molécula capaz de transcrever e de traduzir as informações genéticas, sintetizando, a partir delas, as enzimas que irão catalisar as reações químicas da célula.

Os nucleotídeos de RNA possuem:

a) Grupo fosfato: PO₄^3-

b) Pentose: ribose

c) Base nitrogenada: adenina, guanina, citosina e uracila.

A molécula de RNA é formada por um único filamento, que pode estar dobrado sobre si mesmo.
 

Existem três tipos de RNA.

1) RNA mensageiro (RNAm): é um único e longo filamento de RNA. Forma-se a partir de um filamento de DNA que lhe serve de molde. Sua formação chama-se transcrição, e esse filamento é catalisado pela enzima RNA-polimerase. Por ruptura de pontes de hidrogênio, os filamentos de DNA se separam. Nucleotídeos de RNA emparelham-se aos seus complementares do DNA e unem-se para formar o filamento de RNA. No final do processo, o filamento recém-formado de RNA se desprende e os dois filamentos de DNA voltam a ligar-se

As mensagens no RNAm são transmitidas em sequências de três nucleotídeos, os códons.

2) RNA de transferência ou transportador (RNAt): suas moléculas também são formadas a partir de um molde de DNA, mas com 80 a 100 nucleotídeos apenas. Constitui-se de um único filamento dobrado sobre si mesmo, com aspecto de "folha de trevo".

Todas as moléculas de RNAt são semelhantes. Existe pouco mais de vinte tipos de RNAt, um para cada tipo de aminoácido encontrado nas proteínas. A função do RNAt é transportar aminoácidos presentes no citoplasma da célula e fazer a ligação dos aminoácidos com o RNAm na síntese de proteínas.

3) RNA ribossómico (RNAr): forma-se a partir do DNA da região organizadora do nucléolo, presente em alguns cromossomas. Junto com as proteínas, são componentes estruturais dos ribossomos. Embora não totalmente clara, a função do RNAr parece ser orientar o RNAm, os RNAt e os aminoácidos durante o processo de síntese de proteínas.
 

6.4. O Código Genético

O mecanismo de síntese de proteínas é comandado pelas moléculas de DNA. Na verdade, sequências específicas das moléculas de DNA, denominadas genes, é que comandarão a síntese protéica nos seres vivos.

Os genes podem ser definidos como uma sequência de tripletos (trincas)de nucleotídeos.