Biomoléculas: classificação e funções principais - Ciência - 2023

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As biomoléculas são moléculas geradas em seres vivos. O prefixo "bio" significa vida; portanto, uma biomolécula é uma molécula produzida por um ser vivo. Os seres vivos são compostos por diferentes tipos de moléculas que realizam várias funções necessárias à vida.

Na natureza, existem sistemas bióticos (vivos) e abióticos (não vivos) que interagem e, em alguns casos, trocam elementos. Uma característica que todos os seres vivos têm em comum é que eles são orgânicos, o que significa que suas moléculas constituintes são feitas de átomos de carbono.

As biomoléculas também têm outros átomos em comum além do carbono. Esses átomos incluem hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre, principalmente. Esses elementos também são chamados de bioelementos porque são o principal componente das moléculas biológicas.

No entanto, existem outros átomos que também estão presentes em algumas biomoléculas, embora em quantidades menores. Geralmente são íons metálicos, como potássio, sódio, ferro e magnésio, entre outros. Consequentemente, as biomoléculas podem ser de dois tipos: orgânicas ou inorgânicas.

Assim, os organismos são compostos de muitos tipos de moléculas baseadas em carbono, por exemplo: açúcares, gorduras, proteínas e ácidos nucléicos. No entanto, existem outros compostos que também são baseados em carbono e que não fazem parte das biomoléculas.

Essas moléculas contendo carbono que não são encontradas nos sistemas biológicos podem ser encontradas na crosta terrestre, em lagos, mares e oceanos e na atmosfera. O movimento desses elementos na natureza é descrito nos chamados ciclos biogeoquímicos.

Acredita-se que essas moléculas orgânicas simples encontradas na natureza sejam as que deram origem às biomoléculas mais complexas que fazem parte da estrutura fundamental da vida: a célula. O que foi dito acima é conhecido como teoria da síntese abiótica.

Classificação e funções das biomoléculas

As biomoléculas são diversas em tamanho e estrutura, o que lhes confere características únicas para o desempenho das diferentes funções necessárias à vida. Assim, as biomoléculas atuam como armazenamento de informações, fonte de energia, suporte, metabolismo celular, entre outros.

As biomoléculas podem ser classificadas em dois grandes grupos, com base na presença ou ausência de átomos de carbono.

Biomoléculas inorgânicas

São todas aquelas moléculas que estão presentes nos seres vivos e que não contêm carbono em sua estrutura molecular. Moléculas inorgânicas também podem ser encontradas em outros sistemas (não vivos) na natureza.

Os tipos de biomoléculas inorgânicas são os seguintes:

Água

É o principal e fundamental componente dos seres vivos, é uma molécula formada por um átomo de oxigênio unido a dois átomos de hidrogênio. A água é essencial para a existência de vida e é a biomolécula mais comum.

Entre 50 e 95% do peso de qualquer ser vivo é água, pois ela é necessária para o desempenho de várias funções importantes, como a regulação térmica e o transporte de substâncias.

Sais minerais

Eles são moléculas simples feitas de átomos com cargas opostas que se separam completamente na água. Por exemplo: cloreto de sódio, composto por um átomo de cloro (com carga negativa) e um átomo de sódio (com carga positiva).

Os sais minerais participam da formação de estruturas rígidas, como os ossos de vertebrados ou o exoesqueleto de invertebrados. Essas biomoléculas inorgânicas também são necessárias para realizar muitas funções celulares importantes.

Gases

São moléculas que estão na forma de gás. Eles são essenciais para a respiração dos animais e fotossíntese nas plantas.

Exemplos desses gases são: oxigênio molecular, formado por dois átomos de oxigênio ligados entre si; e dióxido de carbono, formado por um átomo de carbono ligado a dois átomos de oxigênio. Ambas as biomoléculas participam das trocas gasosas que os seres vivos realizam com seu meio ambiente.

Biomoléculas orgânicas

Biomoléculas orgânicas são aquelas moléculas que contêm átomos de carbono em sua estrutura. As moléculas orgânicas também podem ser encontradas distribuídas na natureza como parte de sistemas não vivos e constituem o que é conhecido como biomassa.

Os tipos de biomoléculas orgânicas são os seguintes:

Carboidratos

Os carboidratos são provavelmente as substâncias orgânicas mais abundantes e difundidas na natureza e são componentes essenciais de todos os seres vivos.

Os carboidratos são produzidos por plantas verdes a partir do dióxido de carbono e da água durante o processo de fotossíntese.

Essas biomoléculas são compostas principalmente de átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Eles também são conhecidos como carboidratos ou sacarídeos e funcionam como fontes de energia e como componentes estruturais dos organismos.

- Monossacarídeos

Monossacarídeos são os carboidratos mais simples e costumam ser chamados de açúcares simples. Eles são os blocos de construção elementares a partir dos quais todos os maiores carboidratos são formados.

Os monossacarídeos têm a fórmula molecular geral (CH2O) n, onde n pode ser 3, 5 ou 6. Assim, os monossacarídeos podem ser classificados de acordo com o número de átomos de carbono presentes na molécula:

Se n = 3, a molécula é uma triose. Por exemplo: gliceraldeído.

Se n = 5, a molécula é uma pentose. Por exemplo: ribose e desoxirribose.

Se n = 6, a molécula é uma hexose. Por exemplo: frutose, glicose e galactose.

Pentoses e hexoses podem existir em duas formas: cíclica e não cíclica. Na forma não cíclica, suas estruturas moleculares apresentam dois grupos funcionais: um grupo aldeído ou um grupo cetona.

Os monossacarídeos que contêm o grupo aldeído são chamados de aldoses, e aqueles que possuem um grupo de cetonas são chamados de cetoses. Aldoses são açúcares redutores, enquanto as cetoses são açúcares não redutores.

No entanto, na água, as pentoses e hexoses existem principalmente na forma cíclica e é nesta forma que se combinam para formar moléculas de sacarídeos maiores.

- Dissacarídeos

A maioria dos açúcares encontrados na natureza são dissacarídeos. São formados pela formação de uma ligação glicosídica entre dois monossacarídeos, por meio de uma reação de condensação que libera água. Este processo de ligação requer energia para manter as duas unidades monossacarídicas juntas.

Os três dissacarídeos mais importantes são sacarose, lactose e maltose. Eles são formados a partir da condensação dos monossacarídeos apropriados. A sacarose é um açúcar não redutor, enquanto a lactose e a maltose são açúcares redutores.

Os dissacarídeos são solúveis em água, mas são biomoléculas grandes demais para atravessar a membrana celular por difusão. Por esse motivo, eles são decompostos no intestino delgado durante a digestão, de modo que seus componentes fundamentais (isto é, os monossacarídeos) passam para o sangue e outras células.

Os monossacarídeos são usados muito rapidamente pelas células. No entanto, se uma célula não precisa de energia, ela pode armazená-la imediatamente na forma de polímeros mais complexos. Assim, os monossacarídeos são convertidos em dissacarídeos por meio de reações de condensação que ocorrem na célula.

- Oligossacarídeos

Oligossacarídeos são moléculas intermediárias compostas de três a nove unidades de açúcar simples (monossacarídeos). Eles são formados pela quebra parcial de carboidratos mais complexos (polissacarídeos).

A maioria dos oligossacarídeos que ocorrem naturalmente são encontrados em plantas e, com exceção da maltotriose, são indigestos pelos humanos porque o corpo humano não possui as enzimas necessárias no intestino delgado para quebrá-las.

No intestino grosso, as bactérias benéficas podem quebrar os oligossacarídeos por meio da fermentação; assim, eles são transformados em nutrientes absorvíveis que fornecem alguma energia. Certos produtos de degradação de oligossacarídeos podem ter um efeito benéfico no revestimento do intestino grosso.

Exemplos de oligossacarídeos incluem rafinose, um trissacarídeo de leguminosa e alguns cereais compostos de glicose, frutose e galactose. A maltotriose, um trissacarídeo de glicose, ocorre em algumas plantas e no sangue de certos artrópodes.

- Polissacarídeos

Os monossacarídeos podem sofrer uma série de reações de condensação, adicionando uma unidade após a outra à cadeia até que moléculas muito grandes sejam formadas. Esses são os polissacarídeos.

As propriedades dos polissacarídeos dependem de vários fatores de sua estrutura molecular: comprimento, ramos laterais, dobras e se a cadeia é "reta" ou "enrolada". Existem vários exemplos de polissacarídeos na natureza.

O amido é frequentemente produzido nas plantas como forma de armazenar energia e é feito de polímeros de α-glicose. Se o polímero for ramificado, é denominado amilopectina e, se não for ramificado, denominado amilose.

O glicogênio é o polissacarídeo de reserva de energia em animais e é composto por amilopectinas. Assim, o amido das plantas é decomposto no corpo para produzir glicose, que entra na célula e é usada no metabolismo. A glicose que não é usada polimeriza e forma o glicogênio, o reservatório de energia.

Lipídios

Os lipídios são outro tipo de biomoléculas orgânicas cuja principal característica é serem hidrofóbicas (repelem água) e, conseqüentemente, são insolúveis em água. Dependendo de sua estrutura, os lipídios podem ser classificados em 4 grupos principais:

- Triglicerídeos

Os triglicerídeos são constituídos por uma molécula de glicerol ligada a três cadeias de ácidos graxos. Um ácido graxo é uma molécula linear que contém um ácido carboxílico em uma extremidade, seguido por uma cadeia de hidrocarboneto e um grupo metil na outra extremidade.

Dependendo de sua estrutura, os ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados. Se a cadeia de hidrocarbonetos contiver apenas ligações simples, é um ácido graxo saturado. Por outro lado, se essa cadeia de hidrocarboneto tiver uma ou mais ligações duplas, o ácido graxo é insaturado.

Dentro desta categoria estão óleos e gorduras. Os primeiros são a reserva de energia das plantas, têm insaturações e são líquidos à temperatura ambiente. Em contraste, as gorduras são as reservas de energia dos animais, são moléculas saturadas e sólidas à temperatura ambiente.

Fosfolipídios

Os fosfolipídios são semelhantes aos triglicerídeos porque possuem uma molécula de glicerol ligada a dois ácidos graxos. A diferença é que os fosfolipídios têm um grupo fosfato no terceiro carbono do glicerol, em vez de outra molécula de ácido graxo.

Esses lipídios são muito importantes devido à maneira como podem interagir com a água. Por ter um grupo fosfato em uma extremidade, a molécula se torna hidrofílica (atrai água) naquela região. No entanto, ainda é hidrofóbico no resto da molécula.

Devido à sua estrutura, os fosfolipídios tendem a se organizar de tal forma que os grupos fosfato ficam disponíveis para interagir com o meio aquoso, enquanto as cadeias hidrofóbicas que eles organizam no seu interior ficam distantes da água. Assim, os fosfolipídios fazem parte de todas as membranas biológicas.

- Esteróides

Os esteróides são compostos de quatro anéis de carbono fundidos, aos quais diferentes grupos funcionais estão ligados. Um dos mais importantes é o colesterol, pois é essencial para os seres vivos. É o precursor de alguns hormônios importantes como estrogênio, testosterona e cortisona, entre outros.

- ceras

As ceras são um pequeno grupo de lipídios com função protetora. São encontrados nas folhas das árvores, nas penas das aves, nas orelhas de alguns mamíferos e em locais que precisam ser isolados ou protegidos do ambiente externo.

Ácidos nucleicos

Os ácidos nucléicos são as principais moléculas transportadoras de informação genética nos seres vivos. Sua principal função é dirigir o processo de síntese protéica, que determina as características herdadas de cada ser vivo. Eles são compostos de átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e fósforo.

Os ácidos nucléicos são polímeros constituídos por repetições de monômeros, chamados de nucleotídeos. Cada nucleotídeo consiste em uma base aromática contendo nitrogênio ligada a um açúcar pentose (cinco carbonos), que por sua vez está ligado a um grupo fosfato.

As duas classes principais de ácidos nucléicos são o ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA). O DNA é a molécula que contém todas as informações de uma espécie, por isso está presente em todos os seres vivos e na maioria dos vírus.

O RNA é o material genético de certos vírus, mas também é encontrado em todas as células vivas. Lá ele desempenha funções importantes em determinados processos, como a fabricação de proteínas.

Cada ácido nucleico contém quatro das cinco bases possíveis contendo nitrogênio: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e uracila (U). O DNA tem as bases adenina, guanina, citosina e timina, enquanto o RNA tem as mesmas bases, exceto a timina, que substitui a uracila no RNA.

- Ácido desoxirribonucléico (DNA)

A molécula de DNA é composta por duas cadeias de nucleotídeos unidos por ligações chamadas ligações fosfodiéster. Cada cadeia tem uma estrutura em forma de hélice. As duas hélices se entrelaçam para dar uma dupla hélice. As bases estão na parte interna da hélice e os grupos fosfato estão na parte externa.

O DNA é composto de uma estrutura de açúcar desoxirribose ligada a fosfato e quatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina e timina. Os pares de bases são formados no DNA de fita dupla: a adenina sempre se liga à timina (A-T) e a guanina à citosina (G-C).

As duas hélices são mantidas juntas pelo emparelhamento das bases de nucleotídeos por ligações de hidrogênio. A estrutura é às vezes descrita como uma escada em que as cadeias de açúcar e fosfato são os lados e as ligações base-base são os degraus.

Essa estrutura, aliada à estabilidade química da molécula, torna o DNA o material ideal para a transmissão de informações genéticas. Quando uma célula se divide, seu DNA é copiado e passado de uma geração de células para a próxima.

- Ácido ribonucléico (RNA)

O RNA é um polímero de ácido nucléico cuja estrutura é composta por uma única cadeia de nucleotídeos: adenina, citosina, guanina e uracila. Como no DNA, a citosina sempre se liga à guanina (C-G), mas a adenina se liga ao uracila (A-U).

É o primeiro intermediário na transferência de informações genéticas nas células. O RNA é essencial para a síntese de proteínas, uma vez que as informações contidas no código genético geralmente são transmitidas do DNA para o RNA e deste para as proteínas.

Alguns RNAs também têm funções diretas no metabolismo celular. O RNA é obtido pela cópia da sequência de bases de um segmento de DNA denominado gene, em uma porção do ácido nucleico de fita simples. Esse processo, chamado de transcrição, é catalisado por uma enzima chamada RNA polimerase.

Existem vários tipos diferentes de RNA, principalmente 3. O primeiro é o RNA mensageiro, que é aquele que é copiado diretamente do DNA por meio da transcrição. O segundo tipo é o RNA de transferência, que transfere os aminoácidos corretos para a síntese de proteínas.

Finalmente, a outra classe de RNA é o RNA ribossômico que, junto com algumas proteínas, forma os ribossomos, organelas celulares responsáveis pela síntese de todas as proteínas da célula.

Proteína

As proteínas são moléculas grandes e complexas que desempenham muitas funções importantes e fazem a maior parte do trabalho nas células. Eles são necessários para a estrutura, função e regulação dos seres vivos. Eles são compostos de átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.

As proteínas são compostas por unidades menores chamadas aminoácidos, unidas por ligações peptídicas e formando longas cadeias. Os aminoácidos são pequenas moléculas orgânicas com propriedades físico-químicas muito particulares, existem 20 tipos diferentes.

A sequência de aminoácidos determina a estrutura tridimensional única de cada proteína e sua função específica. Na verdade, as funções das proteínas individuais são tão variadas quanto suas sequências de aminoácidos únicas, que determinam as interações que geram estruturas tridimensionais complexas.

Várias funções

As proteínas podem ser componentes estruturais e de movimento da célula, como a actina. Outros agem acelerando as reações bioquímicas dentro da célula, como a DNA polimerase, que é a enzima que sintetiza o DNA.

Existem outras proteínas cuja função é transmitir uma mensagem importante ao corpo. Por exemplo, alguns tipos de hormônios, como os de crescimento, transmitem sinais para coordenar processos biológicos entre diferentes células, tecidos e órgãos.

Algumas proteínas se ligam e carregam átomos (ou pequenas moléculas) dentro das células; É o caso da ferritina, responsável pelo armazenamento de ferro em alguns organismos. Outro grupo de proteínas importantes são os anticorpos, que pertencem ao sistema imunológico e são responsáveis pela detecção de toxinas e patógenos.

Assim, as proteínas são os produtos finais do processo de decodificação da informação genética que começa com o DNA celular. Essa incrível variedade de funções é derivada de um código surpreendentemente simples, capaz de especificar um conjunto de estruturas extremamente diversificado.

Referências

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