Fundamentos da Biologia Celular: Estrutura e Composição

Teoria Celular

1. Primeiro postulado: Toda célula é capaz de produzir seu próprio material.
2. Segundo postulado: Todos os seres vivos são constituídos por células.
3. Terceiro postulado: Uma célula viva se origina de outra célula viva.

Conceito de Célula

Unidade estrutural e funcional fundamental dos seres vivos, as células são divididas em dois grupos de organização estrutural: procariontes e eucariontes.

Células Procarióticas e Eucarióticas

Principais Diferenças

• Células Procarióticas:
  • Não possuem envoltório nuclear, separando o material genético do citoplasma.
  • Não possuem histonas.
  • Não possuem organelas citoplasmáticas membranosas.
  • São encontradas em bactérias e arqueias.
• Células Eucarióticas:
  • Possuem um núcleo verdadeiro, com envoltório nuclear.
  • Possuem sistema de endomembranas e diversas organelas.
  • São encontradas em dois grandes grupos principais: animal e vegetal.

Diferenças entre Célula Animal e Vegetal

A célula animal possui as características básicas da célula eucariótica, enquanto a célula vegetal apresenta estruturas adicionais distintivas:

• Célula Animal: Contém núcleo definido, sistema de endomembranas, membrana plasmática, cromossomos e organelas.
• Célula Vegetal: Além das estruturas da célula animal, contém uma parede celular e organelas como o vacúolo central e os cloroplastos.

Composição Química da Célula

Os componentes químicos da célula são classificados como orgânicos e inorgânicos.

Componentes Inorgânicos

• Água: Cerca de 70% do volume celular.
• Sais Minerais: Regularizadores químicos.

Componentes Orgânicos

• Carboidratos e Lipídios: Fornecem energia.
• Proteínas: Atuam na defesa e transporte de íons e moléculas.
• Ácidos Nucleicos: DNA, RNA e ATP.
• Glicídios e Aminoácidos.

Importância da Água

A água é o componente celular mais abundante e indispensável para as atividades metabólicas, pois os processos fisiológicos ocorrem exclusivamente em meios aquosos. É uma substância polar e solvente universal. Possui alto calor específico, fazendo com que as variações de temperatura sejam lentas. Suas ligações de hidrogênio são muito fortes. A água é inodora, insípida e incolor.

Moléculas Hidrofílicas e Hidrofóbicas

• Moléculas Hidrofílicas: Moléculas polarizadas que possuem carga e podem se ligar a outras moléculas de polos opostos.
• Moléculas Hidrofóbicas: Não possuem polarização, não interagindo com outras moléculas de água.

Sais Minerais

Sais minerais são encontrados em todos os seres vivos e podem ser cátions ou ânions, dependendo de sua polarização (Ex: K+, Na+, Cl-). Essenciais para a manutenção do potencial de membrana celular.

Cálcio

Participa da estrutura das membranas, cromossomos, esqueleto, contração muscular e coagulação sanguínea.

Ferro

Faz parte das moléculas dos citocromos, é um dos componentes da hemoglobina e de enzimas respiratórias, sendo fundamental para a respiração celular.

Fósforo

Constituinte dos ossos e dentes, e componente do DNA e RNA. Essencial para a transferência de energia no interior da célula.

Magnésio

Essencial para o funcionamento normal dos nervos e músculos.

Biomoléculas

Biomoléculas são moléculas orgânicas que contêm principalmente os elementos C, H, O, N, P, S.

Principais Tipos de Biomoléculas

• Monossacarídeos: Base dos polissacarídeos.
• Aminoácidos: Base das proteínas.
• Nucleotídeos: Fornecem energia e são as unidades dos ácidos nucleicos (DNA/RNA).
• Lipídios: Formam fosfolipídios e glicolipídios.

Carboidratos (Glicídios)

Os carboidratos são utilizados pelo corpo para energia, como os açúcares que são carboidratos simples. Apresentam em sua composição C, H e O. São divididos em três grandes grupos: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos, sendo de extrema importância para os seres vivos. São um dos maiores grupos de substâncias naturais.

Monossacarídeos

São classificados (triose, tetrose, pentose, hexose e heptose) dependendo do número de carbonos. Exemplos de pentoses: Ribose (no RNA) e Desoxirribose (no DNA). As três principais hexoses são a glicose, galactose e frutose.

Oligossacarídeos

Compostos por 2 a 10 monossacarídeos. Exemplos de dissacarídeos:

• Sacarose: Glicose + Frutose (hidrolisada por sacarase).
• Lactose: Glicose + Galactose (hidrolisada por lactase).
• Maltose: Glicose + Glicose (hidrolisada por maltase).

Polissacarídeos

Acima de 10 monossacarídeos unidos por ligação glicosídica. Possuem função energética (macromoléculas formadas pela ligação de monômeros de glicose). Ex: Amido.

Ácidos Graxos

Formam a unidade estrutural da molécula de gordura. Seus elementos químicos são C, H, O. A diferença entre saturado e insaturado se dá pela presença ou ausência de duplas ligações entre os átomos de carbono.

• Um ácido graxo é considerado saturado quando houver apenas ligações simples entre os carbonos.
• Já os insaturados possuem uma ou mais duplas ligações.

Fosfolipídios

Assim como o óleo, não se misturam com água (são anfipáticos). Essa propriedade é crucial para a formação da membrana celular, controlando o que entra e sai da célula. Somente as substâncias lipossolúveis conseguem atravessar essa barreira.

Proteínas

São as moléculas mais abundantes e importantes nas células. Pertencem à classe dos peptídeos, pois são formadas por aminoácidos ligados entre si. Sua composição contém os elementos químicos C, H, O, N, P, S. Servem como catalisadores (enzimas), armazenamento, transporte e defesa.

Tipos de Proteínas

• Proteínas Simples (Homoproteínas): Por hidrólise, liberam somente aminoácidos.
• Proteínas Conjugadas (Compostas): Por hidrólise, liberam aminoácidos e um agrupamento prostético.

Níveis Estruturais das Proteínas

As proteínas apresentam quatro níveis estruturais:

1. Primária: Corresponde à sequência linear de aminoácidos que forma a proteína. Geralmente, não possui função biológica nesta forma.
2. Secundária: A sequência de aminoácidos começa a interagir, formando ligações de hidrogênio e originando estruturas como a alfa-hélice e a folha beta-pregueada. Ex: Colágeno (proteína fibrosa).
3. Terciária: Ocorrem interações adicionais entre os aminoácidos, incluindo ligações de hidrogênio e pontes dissulfeto (-S-S-), resultando em uma forma tridimensional enovelada. Proteínas globulares frequentemente possuem função biológica nesta estrutura. Ex: Mioglobina.
4. Quaternária: Resultante da associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas (estruturas terciárias). Ex: Hemoglobina (com 4 subunidades).

Aminoácidos

Unidades básicas das proteínas, caracterizados por um grupo amino (NH2 ou NH3+) e um grupo carboxila (COOH). Existem 20 tipos de aminoácidos que compõem as proteínas humanas, sendo 8 deles essenciais (o corpo não os produz e devem ser obtidos pela dieta).

• Formam oligopeptídeos (2 a 50 aminoácidos). Ex: Dipeptídeos como o aspartame (aspartato + fenilalanina).
• Os aminoácidos se unem através de uma ligação peptídica, que ocorre entre o grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amino de outro.
• Polipeptídeos: Cadeias com mais de 50 aminoácidos.
• Geralmente, cadeias com mais de 100 aminoácidos são consideradas proteínas.

Lipídios

São um grupo diversificado de moléculas orgânicas, comumente conhecidas como gorduras. São insolúveis em água (hidrofóbicos), mas solúveis em solventes orgânicos (Ex: éter, acetona, clorofórmio). Quimicamente, muitos são ésteres de álcool e ácidos graxos.

Tipos de Lipídios

• Lipídios Neutros ou de Reserva: Apresentam uma, duas ou três cadeias de ácidos graxos. São estocados em células adiposas (adipócitos), formando o tecido adiposo.
• Triglicerídeos (ou Triacilgliceróis): Glicerol + 3 Ácidos Graxos (AG).
• Lipídios Estruturais: Fosfolipídios – principais formadores da membrana celular (Glicerol + 2 AG + Grupo Fosfato).
• Glicolipídios: Glicerol + 2 AG + Resíduos de Açúcar.