Biologia Celular e Molecular

A organização bioquímica da célula

    Algumas características distinguem os seres vivos de outras coleções de materiais, como o alto grau de complexidade química e organização microscópica, com funções definidas para cada um de seus componentes e interações reguladas acerca deles, permitindo extrair, transformar e usar a energia do meio ambiente, bem como responder a alterações externas.

   Apesar de superficialmente muito diferentes, todas os seres vivos compartilham da mesma unidade básica estrutural, as células que são todas constituídas pelos mesmos tipos de moléculas, utilizam as mesmas vias de síntese dos componentes celulares, compartilham o mesmo código genético e derivam dos mesmos ancestrais evolutivos.

   Todas as células apresentam uma barreira que separa o conteúdo interno do meio externo, denominada membrana plasmática. Ela controla a entrada e saída de substâncias da célula.

     No interior da célula temos o citoplasma, que corresponde a uma mistura de substâncias e estruturas, que podem estar dissolvidas ou suspensas em água e são responsáveis pela realização das funções celulares. Além de água, o citoplasma apresenta como principais componentes: as macromoléculas (como proteínas e ácidos nucléicos), os ribossomos, pequenas moléculas orgânicas (incluindo precursores das macromoléculas) e vários íons orgânicos.

    As células vegetais e a maioria dos microrganismos apresentam parede celular, estrutura que confere rigidez à célula, é relativamente permeável e localiza-se externamente à membrana. Já a célula animal, apresenta parede celular, sua estrutura é reforçada por um arcabouço citoplasmático denominado citoesqueleto.

    O exame cuidadoso da estrutura interne das células permite diferenciá-las em dois tipos estruturais: as procarióticas e as eucarióticas.  Todos os metazoários (plantas e animais), algas, fungos e protozoários são constituídos de células eucarióticas, enquanto as bactérias (domínios Bacteria e Archaea) correspondem a células procarióticas.

PROCARIOTO E EUCARIOTO

     As células eucarióticas são geralmente maiores e de maior complexidade estrutural. Além dos componentes já citados, elas possuem em seu citoplasma estruturas delimitadas por membranas (organelas) com funções específicas como o núcleo, o retículo endoplasmático, a mitocôndria, o complexo de Golgi e cloroplasto. Já as células procarióticas apresentam estrutura interna mais simples e são desprovidas de organelas.

    A organização bioquímica de uma célula é feita por meio de interações entre as moléculas e macromoléculas que a constitui, são elas: água, sais minerais, glicídios, lipídeos, proteínas e ácidos nucléicos.

     A água (H2O) é o constituinte bioquímico celular encontrado em maior abundância. É um solvente natural de íons, minerais e outras substâncias. As foças atrativas entre moléculas de água e a leve tendência da água em ionizar são de importância crucial para a estrutura e função das biomoléculas.

    Sais minerais têm papel na manutenção osmótica e equilíbrio ácido-base, além da função específica de alguns como oligoelementos essenciais a processos biológicos, como cofatores enzimáticos e formação de ATP.

   Os lipídeos são derivados de hidrocarbonetos gordurosos (saturados) ou oleosos (insaturados). Possuem duas regiões, uma cabeça hidrofílica (polar) e uma cauda hidrofóbica (apolar), sendo, por sua porção hidrofóbica, relativamente insolúveis em água. Essa é a características chave para a construção da bicamada da membrana plasmática. Além disso, os lipídeos também atuam como estoque de energia, sinais intracelulares e estão presentes em importantes pigmentos, como clorofila e carotenoides.

 bicamada lipídica

     Polissacarídeos, proteínas e ácidos nucléicos são polímeros orgânicos e sua síntese corresponde à principal atividade celular consumidora de energia.

      Os polissacarídeos são polímeros de açúcares simples (glicídios) e atuam como principal fonte de energia celular. São importantes constituintes estruturais (como parede celular de células vegetais e o glicocálice) e estoque de rendimento de energia (como o amido). Além disso, oligossacarídeos (polímeros menores) anexados a lipídeos ou proteínas na superfície celular servem de sinal específico para o reconhecimento de determinadas substâncias.

     As proteínas, longos polímeros de aminoácidos, correspondem a 15% do peso celular. Atuam como elementos estruturais (proteínas fibrosas), receptores de sinais, transportadores de substâncias específicas para dentro ou fora da célula, além de catalisarem reações específicas no metabolismo celular (enzimas).

    A organização estrutural das proteínas é dividida em níveis. A estrutura primária corresponde à sequência de aminoácidos. A secundária diz respeito às conformações originadas pelas interações dos aminoácidos da cadeia, geralmente como α-hélice e folha-β. A estrutura terciária refere-se ao arranjo tridimensional formado pelo conjunto das conformações secundárias, formando subunidades que, unidas com outras subunidades, formam a estrutura quaternária em algumas proteínas.

     Os ácidos nucléicos são polímeros de nucleotídeos, o DNA e o RNA, que são responsáveis por estocar e transmitir a informação genética. Algumas moléculas de RNA também possuem papel estrutural catalítico em complexos supramoleculares.

    As unidades monoméricas dos polímeros são unidas por ligações covalentes, enquanto complexos moleculares e supramoleculares são mantidos por interações não covalentes, como ligações de hidrogênio (entre grupos polares), interações iônicas (entre grupos carregados), interações hidrofóbicas (entre grupos apolares em soluções aquosas) e interações de van der Waals, todas com energia substancialmente menor do que em ligações covalentes, mas que, em conjunto, são responsáveis pela estabilidade e conformação desses complexos. Assim, essas interações químicas permitem às células a organização e regulação de suas atividades metabólicas e de proliferação, bem como as respostas aos fatores externos aos quais são submetidas.

 

Para saber mais:

http://cbme.usp.br/playercbme/celulasvirtuais/know/select.html

http://www.johnkyrk.com/index.pt.html

http://blogdoenem.com.br/bioquimica-celular/

Referências Bibliográficas:

NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 1328p. 2014.

MADIGAN, M.T.; MARTINKO, J.M.; PARKER, J. Microbiologia de Brock. São Paulo, Ed.Pearson, Prentice Hall, ed 10, 2004.

 

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