Biomoléculas orgânicas: características, funções e exemplos - Ciência - 2023

Contente

As biomoléculas orgânicas Eles são encontrados em todos os seres vivos e são caracterizados por possuírem uma estrutura baseada no átomo de carbono. Se as compararmos com as moléculas inorgânicas, as orgânicas são muito mais complexas em termos de estrutura. Além disso, eles são muito mais variados.

Eles são classificados em proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos. Suas funções são extremamente variadas. As proteínas participam como elementos estruturais, funcionais e catalíticos. Os carboidratos também têm funções estruturais e são a principal fonte de energia dos seres orgânicos.

Os lipídios são componentes importantes das membranas biológicas e outras substâncias, como os hormônios. Eles também funcionam como elementos de armazenamento de energia. Finalmente, os ácidos nucléicos - DNA e RNA - contêm todas as informações necessárias para o desenvolvimento e manutenção dos seres vivos.

Características gerais

Uma das características mais relevantes das biomoléculas orgânicas é sua versatilidade na hora de formar estruturas. Essa enorme diversidade de variantes orgânicas que podem existir se deve à situação privilegiada proporcionada pelo átomo de carbono, em meados do segundo período.

O átomo de carbono possui quatro elétrons no último nível de energia. Graças à sua eletronegatividade média, é capaz de formar ligações com outros átomos de carbono, formando cadeias de diferentes formas e comprimentos, abertas ou fechadas, com ligações simples, duplas ou triplas em seu interior.

Da mesma forma, a eletronegatividade média do átomo de carbono permite que ele forme ligações com outros átomos diferentes do carbono, como eletropositivos (hidrogênio) ou eletronegativos (oxigênio, nitrogênio, enxofre, entre outros).

Esta propriedade de ligação permite estabelecer uma classificação para os carbonos em primário, secundário, terciário ou quaternário, dependendo do número de carbono ao qual está ligada. Este sistema de classificação é independente do número de valências envolvidas no link.

Classificação e funções

As moléculas orgânicas são classificadas em quatro grandes grupos: proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos. Iremos descrevê-los em detalhes abaixo:

-Proteínas

As proteínas são o grupo de moléculas orgânicas mais bem definidas e caracterizadas pelos biólogos. Este amplo conhecimento se deve principalmente à facilidade intrínseca que existe para ser isolado e caracterizado - em comparação com o resto das três moléculas orgânicas.

As proteínas desempenham vários papéis biológicos extremamente amplos. Eles podem servir como moléculas transportadoras, estruturais e até mesmo catalíticas. Este último grupo é formado por enzimas.

Blocos de construção: aminoácidos

Os blocos de construção das proteínas são os aminoácidos. Na natureza, encontramos 20 tipos de aminoácidos, cada um com suas propriedades físico-químicas bem definidas.

Essas moléculas são classificadas como alfa-aminoácidos, pois possuem um grupo amino primário e um grupo ácido carboxílico como substituintes no mesmo átomo de carbono. A única exceção a essa regra é o aminoácido prolina, que é classificado como um alfa-iminoácido devido à presença de um grupo amino secundário.

Para formar proteínas, esses “blocos de construção” devem polimerizar, e o fazem formando uma ligação peptídica. A formação de uma cadeia de proteína envolve a remoção de uma molécula de água para cada ligação peptídica. Esta ligação é representada como CO-NH.

Além de fazerem parte das proteínas, alguns aminoácidos são considerados metabólitos de energia e muitos deles são elementos nutricionais essenciais.

Propriedades dos aminoácidos

Cada aminoácido tem sua massa e sua aparência média nas proteínas. Além disso, cada um tem um valor pK do ácido alfa-carboxílico, alfa-amino e grupos de grupos laterais.

Os valores de pK dos grupos de ácido carboxílico são cerca de 2,2; enquanto os grupos alfa-amino apresentam valores de pK próximos a 9,4. Esta característica leva a uma característica estrutural típica dos aminoácidos: em pH fisiológico, ambos os grupos estão na forma de íons.

Quando uma molécula carrega grupos carregados de polaridades opostas, eles são chamados de zwitterions ou zwitterions. Portanto, um aminoácido pode atuar como um ácido ou uma base.

A maioria dos alfa-aminoácidos tem pontos de fusão próximos a 300 ° C. Eles se dissolvem mais facilmente em ambientes polares, em comparação com sua solubilidade em solventes apolares. A maioria é bastante solúvel em água.

Estrutura das proteínas

Para especificar a função de uma determinada proteína, é necessário determinar sua estrutura, ou seja, a relação tridimensional que existe entre os átomos que compõem a proteína em questão. Para proteínas, quatro níveis de organização de sua estrutura foram determinados:

Estrutura primária: refere-se à sequência de aminoácidos que compõe a proteína, excluindo qualquer conformação que suas cadeias laterais possam assumir.

Estrutura secundária: é formado pelo arranjo espacial local dos átomos do esqueleto. Novamente, a conformação das cadeias laterais não é levada em consideração.

Estrutura terciária: refere-se à estrutura tridimensional de toda a proteína. Embora possa ser difícil estabelecer uma divisão clara entre estrutura terciária e secundária, conformações definidas (como a presença de hélices, folhas dobradas e voltas) são usadas para designar exclusivamente estruturas secundárias.

Estrutura quaternária: aplica-se às proteínas que são constituídas por várias subunidades. Isto é, por duas ou mais cadeias polipeptídicas individuais. Essas unidades podem interagir por meio de forças covalentes ou por meio de ligações dissulfeto. O arranjo espacial das subunidades determina a estrutura quaternária.

-Carboidratos

Carboidratos, carboidratos ou sacarídeos (das raízes gregas sakcharón, significando açúcar) são a classe mais abundante de moléculas orgânicas em todo o planeta Terra.

Sua estrutura pode ser inferida do nome "carboidratos", pois são moléculas com a fórmula (C H₂OU)_n, onde o n é maior que 3.

As funções dos carboidratos são variadas. Um dos principais é do tipo estrutural, principalmente em plantas. No reino vegetal, a celulose é o seu principal material estrutural, que corresponde a 80% do peso seco do corpo.

Outra função relevante é o seu papel energético. Polissacarídeos, como amido e glicogênio, representam fontes importantes de reservas nutricionais.

Classificação

As unidades básicas de carboidratos são monossacarídeos ou açúcares simples. Estes são derivados de aldeídos ou cetonas de cadeia linear e álcoois poli-hídricos.

Eles são classificados de acordo com a natureza química de seu grupo carbonila em aldoses e cetoses. Eles também são classificados com base no número de carbonos.

Os monossacarídeos se agrupam para formar oligossacarídeos, que são freqüentemente encontrados em associação com outros tipos de moléculas orgânicas, como proteínas e lipídeos. Estes são classificados como homopolissacarídeos ou heteropolissacarídeos, dependendo se são compostos dos mesmos monossacarídeos (o primeiro caso) ou são diferentes.

Além disso, também são classificados de acordo com a natureza do monossacarídeo que os compõe. Os polímeros de glicose são chamados de glucanos, os feitos de galactose são chamados de galactanos e assim por diante.

Os polissacarídeos têm a peculiaridade de formar cadeias lineares e ramificadas, uma vez que ligações glicosídicas podem ser formadas com qualquer um dos grupos hidroxila presentes no monossacarídeo.

Quando um número maior de unidades monossacarídicas está associado, falamos de polissacarídeos.

-Lípidos

Lipídios (do grego lipos, que significa gordura) são moléculas orgânicas insolúveis em água e solúveis em solventes inorgânicos, como o clorofórmio. Eles constituem gorduras, óleos, vitaminas, hormônios e membranas biológicas.

Classificação

Ácidos gordos: São ácidos carboxílicos com cadeias formadas por hidrocarbonetos de considerável comprimento. Fisiologicamente, é raro encontrá-los livres, pois na maioria dos casos estão esterificados.

Em animais e plantas, freqüentemente os encontramos em sua forma insaturada (formando ligações duplas entre os carbonos) e poliinsaturados (com duas ou mais ligações duplas).

Triacilgliceróis: Também chamados de triglicerídeos ou gorduras neutras, eles constituem a maioria das gorduras e óleos presentes em animais e plantas. Sua principal função é armazenar energia nos animais. Estes possuem células especializadas para armazenamento.

Eles são classificados de acordo com a identidade e posição dos resíduos de ácidos graxos. Geralmente, os óleos vegetais são líquidos à temperatura ambiente e são mais ricos em resíduos de ácidos graxos com ligações duplas e triplas entre seus carbonos.

Em contraste, as gorduras animais são sólidas à temperatura ambiente e o número de carbonos insaturados é baixo.

Glicerofosfolipídios: Também conhecidos como fosfoglicerídeos, são os principais componentes das membranas lipídicas.

Os glicerofosfolipídeos têm uma "cauda" com características apolares ou hidrofóbicas e uma "cabeça" polar ou hidrofílica. Essas estruturas são agrupadas em uma bicamada, com as caudas apontando para dentro, para formar as membranas. Nestes, uma série de proteínas são incorporadas.

Esfingolipídios: são lípidos encontrados em quantidades muito baixas. Eles também fazem parte das membranas e são derivados da esfingosina, diidroesfingosina e seus homólogos.

Colesterol: nos animais é um componente predominante das membranas, o que modifica suas propriedades, como a fluidez. Ele também está localizado nas membranas das organelas celulares. É um importante precursor dos hormônios esteróides, relacionado ao desenvolvimento sexual.

-Ácidos nucleicos

Os ácidos nucléicos são DNA e os diferentes tipos de RNA que existem. O DNA é responsável pelo armazenamento de todas as informações genéticas, o que permite o desenvolvimento, crescimento e manutenção dos organismos vivos.

O RNA, por sua vez, participa da passagem da informação genética codificada no DNA para moléculas de proteínas. Classicamente, três tipos de RNA são distinguidos: mensageiro, transferência e ribossomal. No entanto, existem vários pequenos RNAs que possuem funções regulatórias.

Blocos de construção: nucleotídeos

Os blocos de construção dos ácidos nucléicos, DNA e RNA, são os nucleotídeos. Quimicamente, eles são ésteres de fosfato de pentoses, nos quais uma base nitrogenada está ligada ao primeiro carbono. Podemos distinguir entre ribonucleotídeos e desoxirribonucleotídeos.

Essas moléculas são planas, aromáticas e heterocíclicas. Quando o grupo fosfato está ausente, o nucleotídeo é renomeado como nucleosídeo.

Além de seu papel como monômeros em ácidos nucléicos, essas moléculas são biologicamente ubíquas e participam de um número significativo de processos.

Os trifosfatos de nucleosídeos são produtos ricos em energia, como o ATP, e são usados como a moeda energética das reações celulares. Eles são um componente importante das coenzimas NAD⁺, NADP⁺, FMN, FAD e coenzima A. Finalmente, eles são elementos reguladores de diferentes vias metabólicas.

Exemplos

Existem inúmeros exemplos de moléculas orgânicas. Os mais proeminentes e estudados por bioquímicos serão discutidos a seguir:

Hemoglobina

A hemoglobina, o pigmento vermelho do sangue, é um dos exemplos clássicos de proteínas. Graças à sua ampla difusão e fácil isolamento, é uma proteína estudada desde a antiguidade.

É uma proteína composta por quatro subunidades, por isso se enquadra na classificação tetramérica, com duas unidades alfa e duas beta. As subunidades de hemoglobina estão relacionadas a uma pequena proteína responsável pela captação de oxigênio no músculo: a mioglobina.

O grupo heme é um derivado da porfirina. Isso caracteriza a hemoglobina e é o mesmo grupo encontrado nos citocromos. O grupo heme é responsável pela cor vermelha característica do sangue e é a região física onde cada monômero da globina se liga ao oxigênio.

A principal função dessa proteína é o transporte de oxigênio do órgão responsável pelas trocas gasosas - chamemos-lhe pulmões, guelras ou pele - até os capilares, para ser utilizado na respiração.

Celulose

A celulose é um polímero linear constituído de subunidades de D-glicose, ligadas por ligações do tipo beta 1,4. Como a maioria dos polissacarídeos, eles não têm um tamanho máximo limitado. No entanto, em média, eles têm cerca de 15.000 resíduos de glicose.

É o componente das paredes celulares das plantas. Graças à celulose, são rígidos e resistem ao estresse osmótico. Da mesma forma, em plantas maiores, como árvores, a celulose fornece suporte e estabilidade.

Embora seja predominantemente relacionado a vegetais, alguns animais chamados tunicados possuem celulose em sua estrutura.

Estima-se que em média 10¹⁵ quilos de celulose são sintetizados - e degradados - por ano.

Membranas biológicas

As membranas biológicas são compostas principalmente por duas biomoléculas, lipídios e proteínas. A conformação espacial dos lipídios tem a forma de uma bicamada, com as caudas hidrofóbicas apontando para dentro e as cabeças hidrofílicas apontando para fora.

A membrana é uma entidade dinâmica e seus componentes experimentam movimentos frequentes.

Referências

Aracil, C. B., Rodríguez, M. P., Magraner, J. P., & Pérez, R. S. (2011). Fundamentos de bioquímica. Universidade de Valência.
Battaner Arias, E. (2014). Compêndio de Enzimologia. Editions University of Salamanca.
Berg, J. M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). Bioquímica. Eu inverti.
Devlin, T. M. (2004). Bioquímica: livro didático com aplicações clínicas. Eu inverti.
Díaz, A. P., & Pena, A. (1988). Bioquímica. Editorial Limusa.
Macarulla, J. M., & Goñi, F. M. (1994). Bioquímica Humana: Curso Básico. Eu inverti.
Müller - Esterl, W. (2008). Bioquímica. Fundamentos para medicina e ciências da vida. Eu inverti.
Teijón, J. M. (2006). Fundamentos de bioquímica estrutural. Editorial Tébar.