Macromoléculas: características, tipos, funções e exemplos - Ciência - 2023

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As macro moléculas São moléculas grandes - geralmente mais de 1.000 átomos - formadas pela união de blocos de construção ou monômeros menores. Nos seres vivos, encontramos quatro tipos principais de macromoléculas: ácidos nucléicos, lipídios, carboidratos e proteínas. Existem também outros de origem sintética, como os plásticos.

Cada tipo de macromolécula biológica é composta por um monômero específico, a saber: ácidos nucléicos por nucleotídeos, carboidratos por monossacarídeos, proteínas por aminoácidos e lipídeos por hidrocarbonetos de comprimento variável.

Quanto à sua função, os carboidratos e lipídios armazenam energia para a célula realizar suas reações químicas e também são utilizados como componentes estruturais.

As proteínas também possuem funções estruturais, além de serem moléculas com catálise e capacidade de transporte. Por último, os ácidos nucléicos armazenam informações genéticas e participam da síntese de proteínas.

As macromoléculas sintéticas seguem a mesma estrutura das biológicas: muitos monômeros ligados entre si para formar um polímero. Exemplos disso são polietileno e náilon. Os polímeros sintéticos são amplamente utilizados na indústria para a fabricação de tecidos, plásticos, isolamento, etc.

Caracteristicas

Tamanho

Como o nome indica, uma das características distintivas das macromoléculas é seu grande tamanho. Eles são compostos de pelo menos 1.000 átomos, ligados por ligações covalentes. Nesse tipo de ligação, os átomos envolvidos na ligação compartilham os elétrons do último nível.

Constituição

Outro termo usado para se referir a macromoléculas é polímero ("muitas partes"), que são compostos de unidades repetidas chamadas monômeros ("uma parte"). Essas são as unidades estruturais das macromoléculas e podem ser iguais ou diferentes entre si, dependendo do caso.

Poderíamos usar a analogia do jogo infantil Lego. Cada uma das peças representa os monômeros, e quando os unimos para formar diferentes estruturas obtemos o polímero.

Se os monômeros forem iguais, o polímero é um homopolímero; e se eles forem diferentes, será um heteropolímero.

Existe também uma nomenclatura para designar o polímero dependendo do seu comprimento. Se a molécula for composta de algumas subunidades, é chamada de oligômero. Por exemplo, quando queremos nos referir a um pequeno ácido nucleico, o chamamos de oligonucleotídeo.

Estrutura

Dada a incrível diversidade de macromoléculas, é difícil estabelecer uma estrutura geral. O "esqueleto" dessas moléculas é formado por seus monômeros correspondentes (açúcares, aminoácidos, nucleotídeos, etc.), e podem ser agrupadas de forma linear, ramificada ou assumir formas mais complexas.

Como veremos mais adiante, as macromoléculas podem ser de origem biológica ou sintética. Os primeiros têm infinitas funções nos seres vivos, e os segundos são amplamente utilizados pela sociedade - como os plásticos, por exemplo.

Macromoléculas biológicas: funções, estrutura e exemplos

Nos seres orgânicos encontramos quatro tipos básicos de macromoléculas, que desempenham um imenso número de funções, permitindo o desenvolvimento e a manutenção da vida. São proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos. Descreveremos suas características mais relevantes a seguir.

Proteína

Proteínas são macromoléculas cujas unidades estruturais são aminoácidos. Na natureza, encontramos 20 tipos de aminoácidos.

Estrutura

Esses monômeros são compostos de um átomo de carbono central (chamado de carbono alfa) ligado por ligações covalentes a quatro grupos diferentes: um átomo de hidrogênio, um grupo amino (NH₂), um grupo carboxila (COOH) e um grupo R.

Os 20 tipos de aminoácidos diferem entre si apenas na identidade do grupo R. Este grupo varia quanto à sua natureza química, podendo encontrar aminoácidos básicos, ácidos, neutros, com cadeias longas, curtas e aromáticas, entre outros.

Os resíduos de aminoácidos são mantidos juntos por ligações peptídicas. A natureza dos aminoácidos determinará a natureza e as características da proteína resultante.

A sequência linear de aminoácidos representa a estrutura primária das proteínas. Estes são então dobrados e agrupados em diferentes padrões, formando as estruturas secundária, terciária e quaternária.

Função

As proteínas desempenham várias funções. Alguns servem como catalisadores biológicos e são chamados de enzimas; algumas são proteínas estruturais, como a queratina presente no cabelo, unhas, etc .; e outros realizam funções de transporte, como a hemoglobina dentro de nossos glóbulos vermelhos.

Ácidos nucleicos: DNA e RNA

O segundo tipo de polímero que faz parte dos seres vivos são os ácidos nucléicos. Nesse caso, as unidades estruturais não são aminoácidos como nas proteínas, mas são monômeros chamados nucleotídeos.

Estrutura

Os nucleotídeos são compostos de um grupo fosfato, um açúcar de cinco carbonos (o componente central da molécula) e uma base nitrogenada.

Existem dois tipos de nucleotídeos: ribonucleotídeos e desoxirribonucleotídeos, que variam em termos de açúcar central. Os primeiros são os componentes estruturais do ácido ribonucléico ou RNA, e os últimos são os do ácido desoxirribonucléico ou DNA.

Em ambas as moléculas, os nucleotídeos são mantidos juntos por meio de uma ligação fosfodiéster - equivalente à ligação peptídica que mantém as proteínas unidas.

Os componentes estruturais do DNA e do RNA são semelhantes e diferem em sua estrutura, uma vez que o RNA é encontrado na forma de uma única banda e o DNA em uma banda dupla.

Função

RNA e DNA são os dois tipos de ácidos nucléicos que encontramos nos seres vivos. O RNA é uma molécula multifuncional dinâmica que aparece em várias conformações estruturais e participa da síntese de proteínas e da regulação da expressão gênica.

O DNA é a macromolécula responsável por armazenar toda a informação genética de um organismo, necessária ao seu desenvolvimento. Todas as nossas células (com exceção das hemácias maduras) possuem material genético armazenado em seu núcleo, de forma muito compacta e organizada.

Carboidratos

Os carboidratos, também conhecidos como carboidratos ou simplesmente como açúcares, são macromoléculas compostas de blocos de construção chamados monossacarídeos (literalmente "um açúcar").

Estrutura

A fórmula molecular dos carboidratos é (CH₂OU)_n. O valor de n pode variar de 3, o do açúcar mais simples, a milhares nos carboidratos mais complexos, sendo bastante variável em termos de comprimento.

Esses monômeros têm a capacidade de polimerizar uns com os outros por meio de uma reação envolvendo dois grupos hidroxila, resultando na formação de uma ligação covalente chamada ligação glicosídica.

Essa ligação mantém os monômeros de carboidratos juntos da mesma forma que as ligações peptídicas e fosfodiéster mantêm proteínas e ácidos nucléicos juntos, respectivamente.

No entanto, ligações de peptídeo e fosfodiéster ocorrem em áreas específicas de seus monômeros constituintes, enquanto ligações glicosídicas podem ser formadas com qualquer grupo hidroxila.

Como mencionamos na seção anterior, pequenas macromoléculas são designadas com o prefixo oligo. No caso de pequenos carboidratos, o termo oligossacarídeos é usado, se eles forem apenas dois monômeros ligados é um dissacarídeo, e se eles forem maiores, polissacarídeos.

Função

Os açúcares são macromoléculas fundamentais para a vida, pois cumprem funções energéticas e estruturais. Eles fornecem a energia química necessária para conduzir um número significativo de reações dentro das células e são usados como "combustível" para os seres vivos.

Outros carboidratos, como o glicogênio, servem para armazenar energia, de modo que a célula pode utilizá-la quando necessário.

Eles também têm funções estruturais: fazem parte de outras moléculas, como os ácidos nucléicos, as paredes celulares de alguns organismos e os exoesqueletos de insetos.

Nas plantas e em alguns protistas, por exemplo, encontramos um carboidrato complexo chamado celulose, formado apenas por unidades de glicose. Essa molécula é incrivelmente abundante na Terra, pois está presente nas paredes celulares desses organismos e em outras estruturas de suporte.

Lipídios

"Lípido" é um termo usado para abranger um grande número de moléculas apolares ou hidrofóbicas (com fobia ou repulsão de água) formada a partir de cadeias de carbono. Ao contrário das três moléculas mencionadas, proteínas, ácidos nucléicos e carboidratos, não há monômero pontual para lipídios.

Estrutura

Do ponto de vista estrutural, um lipídio pode se apresentar de várias maneiras. Por serem constituídas por hidrocarbonetos (C-H), as ligações não são parcialmente carregadas, portanto, não são solúveis em solventes polares como a água. No entanto, eles podem ser dissolvidos em outros tipos de solventes não polares, como o benzeno.

Um ácido graxo é composto das cadeias de hidrocarbonetos mencionadas e um grupo carboxila (COOH) como um grupo funcional. Geralmente, um ácido graxo contém 12 a 20 átomos de carbono.

As cadeias de ácidos graxos podem ser saturadas, quando todos os carbonos estão unidos por ligações simples, ou insaturadas, quando há mais de uma ligação dupla presente no interior da estrutura. Se contiver várias ligações duplas, é um ácido poliinsaturado.

Tipos de lipídios de acordo com sua estrutura

Existem três tipos de lipídios na célula: esteróides, gorduras e fosfolipídios. Os esteróides são caracterizados por uma estrutura volumosa de quatro anéis. O colesterol é o mais conhecido e é um importante componente das membranas, pois controla sua fluidez.

As gorduras são compostas por três ácidos graxos ligados por meio de uma ligação éster a uma molécula chamada glicerol.

Por último, os fosfolipídios são constituídos por uma molécula de glicerol ligada a um grupo fosfato e a duas cadeias de ácidos graxos ou isoprenóides.

Função

Assim como os carboidratos, os lipídios também funcionam como fonte de energia para a célula e como componentes de algumas estruturas.

Os lipídios têm uma função essencial para todas as formas vivas: são um constituinte essencial da membrana plasmática. Estes formam a fronteira crucial entre os vivos e os não vivos, servindo como uma barreira seletiva que decide o que entra e o que não entra na célula, graças à sua propriedade semipermeável.

Além dos lipídeos, as membranas também são compostas por várias proteínas, que funcionam como transportadores seletivos.

Alguns hormônios (como os sexuais) são de natureza lipídica e são essenciais para o desenvolvimento do corpo.

Transporte

Em sistemas biológicos, as macromoléculas são transportadas entre o interior e o exterior das células por processos chamados endo e exocitose (envolvendo a formação de vesículas) ou por transporte ativo.

A endocitose engloba todos os mecanismos que a célula utiliza para conseguir a entrada de grandes partículas e é classificada em: fagocitose, quando o elemento a ser engolido é uma partícula sólida; pinocitose, quando o fluido extracelular entra; e endocitose mediada por receptor.

A maior parte das moléculas assim ingeridas termina em uma organela responsável pela digestão: o lisossoma. Outros acabam em fagossomos - que têm propriedades de fusão com os lisossomos e formam uma estrutura chamada fagolisossomos.

Dessa forma, a bateria enzimática presente no lisossoma acaba degradando as macromoléculas que inicialmente entraram. Os monômeros que os formaram (monossacarídeos, nucleotídeos, aminoácidos) são transportados de volta ao citoplasma, onde são usados para a formação de novas macromoléculas.

Ao longo do intestino existem células que possuem transportadores específicos para a absorção de cada macromolécula que foi consumida na dieta. Por exemplo, os transportadores PEP1 e PEP2 são usados para proteínas e SGLT para glicose.

Macromoléculas sintéticas

Em macromoléculas sintéticas, também encontramos o mesmo padrão estrutural descrito para macromoléculas de origem biológica: monômeros ou pequenas subunidades que se unem por meio de ligações para formar um polímero.

Existem diferentes tipos de polímeros sintéticos, sendo o mais simples o polietileno. Este é um plástico inerte de fórmula química CH₂-CH₂ (vinculado por uma dupla ligação) bastante comum na indústria, por ser barato e fácil de produzir.

Como pode ser visto, a estrutura desse plástico é linear e não possui ramificações.

O poliuretano é outro polímero amplamente utilizado na indústria para a fabricação de espumas e isolantes. Com certeza teremos uma esponja desse material em nossas cozinhas. Este material é obtido pela condensação de bases hidroxilas misturadas a elementos chamados diisocianatos.

Existem outros polímeros sintéticos de maior complexidade, como o náilon (ou náilon). Entre suas características está ser muito resistente, com elasticidade apreciável. A indústria têxtil aproveita essas características para a fabricação de tecidos, cerdas, linhas, etc. Também é usado por médicos para realizar suturas.

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