Classificação de biomoléculas e principais funções

O biomoléculas são moléculas que são 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 de 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 formadas por átomos de carbono.

As biomoléculas também possuem outros átomos em comum além do carbono. Estes átomos incluem principalmente hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre. 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. Estes são geralmente íons metálicos, como potássio, sódio, ferro e magnésio, entre outros. Por conseguinte, as biomoléculas podem ser de dois tipos: orgânicas ou inorgânicas.

Assim, 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 que contêm carbono, mas não são encontradas em sistemas biológicos, podem ser encontradas na crosta terrestre, em lagos, mares e oceanos e na atmosfera. O movimento desses elementos na natureza é descrito no que é conhecido como ciclos biogeoquímicos.

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

Índice

• 1 Classificação e funções de biomoléculas
  • 1.1 Biomoléculas Inorgânicas
  • 1.2 Biomoléculas Orgânicas
• 2 referências

Classificação e funções de biomoléculas

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

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) da natureza.

Os tipos de biomoléculas inorgânicas são os seguintes:

Água

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

Entre 50 e 95% do peso de qualquer ser vivo é água, já que é necessário realizar várias funções importantes, como regulação térmica e transporte de substâncias. 

Sais minerais

São moléculas simples formadas por átomos com cargas opostas que se separam completamente na água. Por exemplo: cloreto de sódio, formado por um átomo de cloro (carregado negativamente) e um átomo de sódio (carregado positivamente).

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

Gases

Eles são moléculas que estão na forma de gás. Eles são fundamentais 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 fazem com seu meio ambiente.

Biomoléculas Orgânicas

Biomoléculas orgânicas são aquelas moléculas que contêm átomos de carbono em sua estrutura. 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

Carboidratos são provavelmente as substâncias orgânicas mais abundantes e difundidas na natureza, e são componentes essenciais de todas as coisas vivas.

Carboidratos são produzidos por plantas verdes de dióxido de carbono e água durante o processo de fotossíntese.

Essas biomoléculas são compostas principalmente por 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

Os monossacarídeos são os carboidratos mais simples e são freqüentemente chamados de açúcares simples. Eles são os blocos elementares 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 um 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.

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

Os monossacarídeos que contêm o grupo aldeído são chamados de aldoses, e aqueles que têm um grupo cetona são chamados de cetoses. Os aldoses são açúcares redutores, enquanto os cetoses são açúcares não redutores.

No entanto, na água, as pentoses e hexoses existem principalmente na forma cíclica, e é nessa forma que elas se combinam para formar moléculas sacarídeas maiores.

- dissacarídeos

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

Os três mais importantes dissacarídeos 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 muito grandes para atravessar a membrana celular por difusão. Por esta razão, eles são quebrados no intestino delgado durante a digestão, de modo que seus componentes fundamentais (isto é, monossacarídeos) passam para o sangue e para as outras células.

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

- Oligossacarídeos

Os oligossacarídeos são moléculas intermediárias formadas por três a nove unidades de açúcares simples (monossacarídeos). Eles são formados pela decomposição parcial de carboidratos mais complexos (polissacarídeos).

A maioria dos oligossacarídeos naturais é encontrada nas plantas e, com exceção da maltotriose, não é digerida pelos seres 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 fermentação; assim eles são transformados em nutrientes absorvíveis que fornecem alguma energia. Certos produtos de degradação dos oligossacarídeos podem ter um efeito benéfico no revestimento do intestino grosso.

Exemplos de oligossacáridos incluem a rafinose, um trissacárido de leguminosas e alguns cereais compostos por glucose, frutose e galactose. A maltotriose, um trissacarídeo de glicose, é produzida 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. Estes são os polissacarídeos.

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

O amido é frequentemente produzido em plantas como forma de armazenar energia e é composto por polímeros de α-glicose. Se o polímero é ramificado, ele é chamado de amilopectina e, se não for ramificado, é chamado de amilose.

O glicogênio é o polissacarídeo de reserva de energia em animais e consiste em amilopectinas. Assim, o amido das plantas degrada no organismo para produzir glicose, que entra na célula e é usado no metabolismo. A glicose que não é usada polimeriza e forma glicogênio, o depósito de energia.

Lipídios

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

- Triglicerídeos

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

Dependendo da sua estrutura, os ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados. Se a cadeia de hidrocarbonetos contém apenas ligações simples, é um ácido graxo saturado. Inversamente, se esta cadeia de hidrocarbonetos tem uma ou mais ligações duplas, o ácido gordo é insaturado.

Dentro desta categoria são 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.

Fosfolipídeos

Os fosfolipídios são semelhantes aos triglicerídeos, pois 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, permanece hidrofóbico no resto da molécula.

Por causa de sua estrutura, os fosfolipídios tendem a ser organizados de tal forma que os grupos fosfato estão disponíveis para interagir com o meio aquoso, enquanto as cadeias hidrofóbicas que eles organizam dentro estão longe da água. Assim, os fosfolipídios são parte de todas as membranas biológicas.

- Esteróides

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

- ceras

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

Ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos são as principais moléculas de transporte da informação genética nos seres vivos. Sua principal função é direcionar 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.

Ácidos nucléicos são polímeros formados por repetições de monômeros, chamados nucleotídeos. Cada nucleotídeo consiste de uma base aromática contendo nitrogênio ligado a um açúcar pentose (cinco carbonos), que por sua vez é ligado a um grupo fosfato.

As duas principais classes de ácidos nucleicos são o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). O DNA é a molécula que contém toda a informação de uma espécie, e é por isso que 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 papéis importantes em certos 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 o mesmo, exceto a timina, que é substituída pelo uracilo no RNA.

- ácido desoxirribonucleico (ADN)

A molécula de DNA é composta de duas cadeias de nucleotídeos ligados por ligações chamadas ligações fosfodiéster. Cada cadeia tem uma estrutura na forma de uma hélice. As duas hélices se entrelaçam para dar uma dupla hélice. As bases estão dentro da hélice e os grupos fosfato estão do lado de fora.

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

As duas hélices são mantidas juntas, combinando as bases dos nucleotídeos por ligações de hidrogênio. A estrutura é algumas vezes descrita como uma escada onde as cadeias de açúcar e fosfato são os lados e as ligações de base-base são os degraus.

Essa estrutura, juntamente com a estabilidade química da molécula, faz do DNA o material ideal para transmitir informações genéticas. Quando uma célula se divide, seu DNA é copiado e passa de uma geração de células para a próxima geração.

- ácido ribonucléico (RNA)

O RNA é um polímero de ácido nucléico cuja estrutura é formada 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 uracilo (A-U).

É o primeiro intermediário na transferência de informação genética nas células.O RNA é essencial para a síntese de proteínas, uma vez que a informação contida no código genético é geralmente transmitida do DNA para o RNA, e daí para as proteínas.

Alguns RNAs também têm funções diretas no metabolismo celular. O ARN é obtido copiando a sequência de bases de um segmento de DNA chamado gene, em uma porção de ácido nucléico de fita simples. Esse processo, chamado de transcrição, é catalisado por uma enzima chamada RNA polimerase.

Existem vários tipos diferentes de RNA, principalmente eles são 3. O primeiro é o RNA mensageiro, que é o que é copiado diretamente do DNA através da transcrição. O segundo tipo é o RNA de transferência, que é o 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 ​​por sintetizar todas as proteínas da célula. 

Proteínas

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 consistem em átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.

As proteínas são compostas de unidades menores chamadas aminoácidos, ligadas 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. De fato, as funções de proteínas individuais são tão variadas quanto suas seqüências de aminoácidos únicas, que determinam as interações que geram estruturas tridimensionais complexas.

Funções variadas

As proteínas podem ser componentes estruturais e de movimento da célula, como a actina. Outros trabalham 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 organismo. Por exemplo, alguns tipos de hormônios, como o hormônio do crescimento, transmitem sinais para coordenar processos biológicos entre diferentes células, tecidos e órgãos.

Algumas proteínas ligam e transportam 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. Esta incrível variedade de funções é derivada de um código surpreendentemente simples que é capaz de especificar um conjunto de estruturas extremamente diversificado. 

Referências

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. e Walter, P. (2014). Biologia Molecular da Célula (6a ed.). Garland Science.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Bioquímica (8a ed.). W. H. Freeman and Company.
3. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Biologia (2ª ed.) Educação Pearson.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Biologia Celular Molecular (8a ed.). W. H. Freeman and Company.
5. Solomon, E., Berg, L. e Martin, D. (2004). Biologia (7ª ed.) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Fundamentos da Bioquímica: a vida no Nível Molecular (5a ed.) Wiley