Composição Química dos Seres Vivos

Todos os seres vivos são constituídos de compostos orgânicos e inorgânicos. A necessidade desses compostos varia entre as várias espécies de seres vivos, e dentro do próprio ser, dependendo do tecido e órgão estudados.

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Substância Inorgânicas 

1. Água

A água é o mais abundante composto presente nos seres vivos e fonte da existência da vida. A água é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, possuindo uma disposição espacial não-linear. 

Essa disposição espacial permite a ocorrência de uma zona positiva e uma zona negativa, conferindo polaridade à molécula. Por isso, a molécula de água denomina-se molécula polar.

A polaridade da água permite ligações entre várias moléculas na forma de pontes de hidrogênio.

As pontes de hidrogênio são interações fortes entre moléculas que podem ser desfeitas mediante certas condições. Porém, quando uma ponte se desfaz outra é montada, o que confere à água a união entre suas moléculas de forma muito forte. Por isso, nas condições normais de temperatura e pressão, a água se mantém no estado fluído.

Essa forte força de atração entre as suas moléculas é denominada de coesão.

As moléculas de água têm a tendência de se unir a outras moléculas polares. 

A atração entre as moléculas de água e outras substâncias polares é denominada de adesão.

Porém, quando as moléculas de água são colocadas junto às moléculas apolares, essa adesão não ocorre. Esse fato é que impede a molécula de água de se unir à gordura, que é apolar. 

O poder de adesão da água é devido à sua polaridade. 

Permite que moléculas de determinadas substâncias polares, quando em contato com a água, tenham a tendência de serem envolvidas pelas moléculas de água, separando-se. É o que acontece quando a molécula de água entra em contato com solutos. 
As substâncias que conseguem se dissolver na água são chamadas hidrofílicas e as que não possuem essa propriedade denominam-se hidrofóbicas (são apolares).

O volume de água dentro do ser vivo varia entre 60 a mais de 70%, sendo que a idade, a atividade do tecido e a espécie estudada são fatores que influem nessa variação. 

A água apresenta diversas funções, das quais destacamos:

Solvente universal – a maioria dos compostos orgânicos e inorgânicos encontrados nos seres são dissolvidos por ela.

Meio de transporte – como a maioria das substâncias são solubilizadas por ela, funciona  como o principal meio de transporte intracelular.

Reações químicas – a água participa da síntese e quebra de substâncias orgânicas por mecanismos de desidratação e de hidrólise.

Controle de temperatura – como a água possui calor específico alto, tem a capacidade de absorver calor. Com isso, participa ativamente no controle de temperatura, seja intracelular ou corpórea.


     2. Sais minerais

Os sais minerais apresentam uma grande diversificação nos seres vivos. As concentrações

iônicas, bem como o estado encontrado (dissolvido ou imobilizado), irá depender da necessidade do organismo.

Cálcio

Formação dos ossos e dentes; coagulação sanguínea, funcionamento do Sistema Nervoso

e Muscular.

Sódio

Participa do equilíbrio dos líquidos do corpo, no funcionamento dos nervos e das membranas da célula.

Potássio
Age com o sódio no equilíbrio dos líquidos do corpo e no funcionamento dos nervos e das membranas da célula. 
Ferro
Fundamental para a respiração celular e enzimas respiratórias, participando na constituição

da hemoglobina. 

Fósforo
Armazenamento e transferência de energia; componente dos ácidos nucleicos.
Magnésio
Participa da constituição da clorofila, ajuda no funcionamento dos nervos e músculos, bem como na formação dos ossos. Participa de reações enzimáticas junto com as vitaminas.
Iodo
Faz parte da formação dos hormônios tireoidianos, controlando a taxa de oxidação e de crescimento.

Substâncias Orgânicas 

1. Carboidratos

São formados por Carbono, Hidrogênio e Oxigênio.

São utilizados como fontes de energia pelos organismos vivos, existindo também carboidratos com função estrutural.

Os carboidratos são conhecidos também como glicídios, açúcares ou hidratos de carbono.

São divididos em:

• Monossacarídeos – são os mais simples. Possuem de 3 a 7 carbonos e apresentam fórmula molecular CH2O. 

Nos organismos, os mais comuns são aqueles formados por 5 a 6 carbonos denominados respectivamente de pentoses e hexoses.

Os principais são:

Ribose e Desoxirribose (5 carbonos) – constituintes dos ácidos nucleicos.

Glicose, Frutose e Galactose (6 carbonos) – utilizados fundamentalmente como fontes de energia.

• Oligossacarídeos – formados pela união de 2 a 12 monossacarídeos. Os mais importantes são os dissacarídeos.

• Polissacarídeos – são formados por milhares de monossacarídeos, criando polímeros. Os Lipídios São compostos formados pela união de ácidos graxos e um álcool. São  insolúveis em água, mas solúveis em alguns solventes orgânicos.

2. Lipídios

Os lipídios são compostos com estrutura molecular variada, apresentando diversas funções orgânicas: reserva energética (fonte de energia para os animais hibernantes), isolante térmico (mamíferos), além de colaborar na composição da membrana plasmática das células (os fosfolipídios).

São substâncias cuja característica principal é a insolubilidade em solventes polares e a solubilidade em solventes orgânicos (apolares), apresentando natureza hidrofóbica, ou seja, aversão à molécula de água.

Essa característica é de fundamental importância, mesmo o organismo possuindo considerável concentração hídrica. Isso porque a insolubilidade permite uma interface mantida entre o meio intra e extracelular.

Os lipídios podem ser classificados em óleos (substâncias insaturadas) e gorduras (substâncias saturadas), encontrados nos alimentos, tanto de origem vegetal quanto animal, por exemplo: nas frutas (abacate e coco), na soja, na carne, no leite e seus derivados e também na gema de ovo.

Todos os seres vivos são capazes de sintetizar lipídios, no entanto algumas classes só podem ser sintetizadas por vegetais, como é o caso das vitaminas lipossolúveis e dos ácidos graxos essenciais.

A formação molecular mais comum dos lipídeos, constituindo os alimentos, é estabelecida através do arranjo pela união de um glicerol (álcool) ligado a três cadeias carbônicas longas de ácido graxo.

Dentre os lipídeos, recebem destaque os fosfolipídios, os glicerídeos, os esteroides e os cerídeos.

Cerídeos → classificados como lipídios simples, são encontrados na cera produzida pelas abelhas (construção da colmeia), na superfície das folhas (cera de carnaúba) e dos frutos (a manga). Exerce função de impermeabilização e proteção.

Fosfolipídios → moléculas anfipáticas, isto é, possui uma região polar (cabeça hidrofílica), tendo afinidade por água, e outra região apolar (calda hidrofóbica), que repele a água.

Glicerídeos → podem ser sólidos (gorduras) ou líquidos (óleos) à temperatura ambiente.

Esteroides → formados por longas cadeias carbônicas dispostas em quatro anéis ligados entre si. São amplamente distribuídos nos organismos vivos constituindo os hormônios sexuais, a vitamina D e os esteróis (colesterol).

3. Proteínas

As proteínas, segundo a teoria materialista da origem da vida, teriam sido as primeiras formas orgânicas complexas. As estruturas celulares dependem direta ou indiretamente das formações proteicas. 

Elas são a base estrutural da vida. 

Abordaremos a importância das proteínas na formação das estruturas celulares e a sua contribuição nas reações químicas sob a forma de enzimas.

São macromoléculas formadas pelo encadeamento de unidades de aminoácidos. 

Um aminoácido é um ácido orgânico no qual um carbono denominado de alfa está ligado a um grupamento carboxílico (-COOH ), a um grupo amina (-NH2) e a um radical que irá variar dependendo do aminoácido.

A ligação entre eles denomina-se peptídica, ocorrendo após a liberação de água (desidratação) entre um grupo amina de um aminoácido e o grupo carboxila de outro. 

Observe:

As proteínas apresentam quatro níveis estruturais, que são:

• Estrutura primária – é a sequência linear de aminoácidos. Essa estrutura é importante para a função que a proteína irá desempenhar, pois qualquer alteração nessa sequência provocará uma mudança completa na proteína.
• Estrutura secundária – a sequência de aminoácidos normalmente não é retilínea, e sim helicoidal, provocada pela atração dos próprios aminoácidos. Essa configuração helicoidal é a que denominamos de estrutura secundária.
• Estrutura terciária – a estrutura secundária costuma provocar dobras entre si, o que adquire um aspecto tridimensional, caracterizando a estrutura terciária. 
• Estrutura quaternária – várias proteínas são formadas por cadeias simples de aminoácidos. Porém, algumas dessas cadeias (denominadas de cadeias polipeptídicas) juntam-se para desempenhar alguma função. Quando isso ocorre, observa-se o aparecimento de uma proteína com configuração espacial complexa, que recebe o nome de estrutura quaternária, pois agora não existem várias cadeias polipeptídicas, mas uma única proteína.

O exemplo mais comum é a hemoglobina, que é formada por quatro cadeias polipeptídicas de dois tipos diferentes, ligadas a um grupo ferroso (heme).

A união de aminoácidos cria moléculas genericamente denominadas de peptídeos. À medida que esses peptídeos aumentam, passam a se denominar polipeptídeos. As proteínas são, na realidade, polipeptídeos. 

Os aminoácidos podem ser considerados como essenciais quando o organismo não consegue sintetizar e, por isso, precisam estar na alimentação, e não-essenciais quando podem ser sintetizados.  

Existem 20 aminoácidos que, combinados, formam as mais variadas proteínas. 

As proteínas necessitam de condições físico-químicas mais ou menos estáveis para desempenharem bem as suas funções. Alterações como temperatura, acidez e concentração de sais podem provocar mudanças na configuração espacial da proteína, o que a impediria de funcionar. Essa mudança na constituição espacial denomina-se desnaturação
proteica. 

As proteínas possuem como função a estruturação do organismo, funcionando como substância plástica, pois participam da montagem de células e fibras constituindo o organismo. 
Participam, também, da estruturação de hormônios, como é o caso da insulina (hormônio que controla a glicemia), na formação dos anticorpos (proteínas especiais de defesa do organismo). 

Enzimas 

Um grupo especial de proteínas – as enzimas – têm um papel fundamental no metabolismo orgânico. As enzimas são proteínas catalisadoras, ou seja, aceleram as reações químicas sem que sofram modificações. 
Isso significa dizer que uma enzima pode ser utilizada repetidamente. Possuem determinadas regiões, chamadas de sítios ativos, que se ligam ao substrato (substância em que a enzima atua) modificando-o para produzir um ou mais produtos finais. Essa reação é normalmente reversível, o que confere à enzima o poder da reversibilidade.

As enzimas apresentam uma grande especificidade (são específicas) ao seu substrato de ação, ou seja, para que uma enzima atue é necessário

que exista compatibilidade entre o seu sítio e o substrato. Chamamos essa especificidade de mecanismo chave–fechadura.

Além do substrato, outros dois fatores que influenciam a atividade enzimática são a temperatura e o pH.
A temperatura, à medida que aumenta, favorece o acréscimo à velocidade da ação enzimática. Porém, esse aumento tem um limite, pois não podemos esquecer que a enzima é uma proteína e que temperaturas muito altas podem provocar a desnaturação, o que impediria o funcionamento enzimático. Podemos citar o exemplo das enzimas humanas, em que a temperatura

ótima (temperatura na qual a velocidade da reação é máxima) varia entre 35 e 40ºC. Ultrapassar ou reduzir a temperatura para além dessa faixa é

considerado perigoso. O outro fator é o pH, onde cada enzima possui o

seu ponto ótimo, ou seja, maior velocidade de reação. A maioria das enzimas trabalha numa faixa entre 6 a 8, porém existem exceções, como a pepsina (protease estomacal) que trabalha em um pH na faixa de 2. Encontramos enzimas que são proteínas simples e outras que são conjugadas.

As simples atuam diretamente a partir da sua própria constituição.

As conjugadas necessitam da combinação de outras substâncias, pois são formadas por uma parte proteica e outra não-proteica. A primeira denominase

apoenzima e a segunda cofator. Se o cofator for uma substância orgânica, passaremos a denominá-lo de coenzima, como é o caso das vitaminas. Se não, a nomenclatura permanece como cofator (normalmente íons metálicos – Cu, Mg, Zn etc.). 

A combinação da apoenzima (inativa) com a coenzima (inativa) gera a holoenzima, que é a enzima ativa.

Às vezes as enzimas simples são produzidas na forma inativa, evitando-se problemas orgânicos, para serem ativadas em outro local. Nesse caso,

denominamos de zimogênio essa enzima na forma inativa.

Um exemplo clássico é o tripsinogênio, fabricado no pâncreas e ativado no duodeno para a forma tripsina.

Ácidos nucleicos

São macromoléculas essenciais aos organismos vivos, denominados de DNA ou ADN (ácido desoxirribonucleico) e RNA ou ARN (ácido ribonucleico).

Essas macromoléculas são formadas pelo encadeamento de nucleotídeos.

Os nucleotídeos são constituídos por uma base nitrogenada, um carboidrato (do tipo pentose) e uma molécula de ácido fosfórico.

•• Bases Nitrogenadas: são do tipo pirimídicas  (com um anel heterocíclico) ou púricas ( com dois anéis). As pirimídicas são a Timina (T), a Citosina (C) e a Uracila (U). As púricas são a Adenina (A) e a Guanina (G).

•• Carboidratos: são as pentoses ribose e a desoxirribose.

DNA 

Possui uma forma espacial formada por duas cadeias de nucleotídeos ligadas por pontes de hidrogênio em forma helicoidal. Essa configuração foi proposta em 1953 por Watson e Crick, o que explicava a regularidade da composição das bases, suas propriedades biológicas e, especialmente, sua

capacidade de duplicação. Essa capacidade é denominada de replicação

ou autoduplicação do DNA e é considerada semiconservativa,

pois para cada molécula nova existe um filamento da molécula original.

Tem como composição as bases A, T, C e G, formando pares A – T; C – G.

RNA 

A estruturação da molécula é semelhante à do DNA, quanto ao encadeamento de nucleotídeos. Porém, difere quanto à forma espacial, visto que a

molécula é formada apenas por uma cadeia e tem a Timina substituída pela Uracila e a desoxirribose por ribose.

Consequentemente, não existe a formação de  pares entre as bases conforme observamos na molécula de DNA, mas isso não significa que a molécula

adquira forma puramente linear, pois é capaz de formar alças e adquirir forma helicoidal semelhante ao DNA. É importante para determinadas funções

biológicas.

Existem três classes principais de RNA: RNAm (mensageiro); o RNAt (transportador) e o RNAr (ribossômico). Todos participam ativamente da síntese de proteínas, em que o RNAm leva a informação genética; o RNAt identifica e transporta as moléculas de  aminoácidos e o RNAr participa da montagem dos ribossomos. Voltaremos a discutir o funcionamento do DNA

e do RNA com mais detalhes quando falarmos da síntese de proteínas.

É importante salientarmos que o DNA constitui o depósito fundamental da informação genética, transferindo-a para o RNA que irá, por meio da sua

sequência de nucleotídeos, determinar a sequência de aminoácidos da proteína.

Essa transferência do DNA para o RNA denominamos de transcrição e do RNA para a síntese de proteína de tradução. Vimos que os ácidos nucleicos são formados por nucleotídeos, que, por sua vez, são formados por uma
base, um CH e um fosfato. Quando combinamos uma base com o carboidrato

sem o fosfato formamos uma unidade denominada de nucleosídeo.

Podemos citar como exemplo de nucleosídeo a combinação da adenina com a ribose, que forma a adenosina. Quando a denosina combina-se com

um fosfato, forma a adenosina monofosfato (AMP), com dois, a adenosina difosfato (ADP) e, com três, a adenosina trifosfato (ATP). Todas as três combinações são denominadas de nucleotídeos, porém não participam da montagem dos ácidos, mas do armazenamento e transferência de energia química, extremamente importante para as reações químicas

celulares.

Vitaminas

São substâncias orgânicas essenciais, obtidas a partir da alimentação, sendo que o organismo não é capaz de sintetizá-las. As vitaminas, na sua maioria,

funcionam como cofatores enzimáticos. Algumas são hidrossolúveis (Complexo B, C) e outras lipossolúveis (A, D, E e K).

Abaixo, um resumo das principais vitaminas e suas funções:

•• Vitamina A – quimicamente denominada de axeroftal ou retinol. É encontrada sob a forma de provitamina A ou caroteno em vegetais amarelos. Atua na regeneração de epitélios e formação da rodopsina ou púrpura visual,

produzida na retina. Sua carência provoca a cegueira noturna ou hemeralopia (dificuldade de visão em ambientes pouco iluminados) e a xeroftalmia (ressecamento da córnea).

•• Complexo B – formado por uma série de vitaminas, obtidas de fontes comuns, como vegetais folhosos e leveduras, desempenhando funções afins, como antineuríticas.

•• B1 – Aneurina ou Tiamina – é a antiberibérica, pois evita o beribéri, que é uma polineurite generalizada. Encontrada na cutícula de arroz, tomate, cenoura, lêvedo de cerveja etc.

•• B2 – Riboflavina – é importante no desenvolvimento orgânico. Sua deficiência provoca a queilose (rachaduras nos lábios), glossite (inflamação da língua) e estomatite (lesões na mucosa bucal). Encontrada na soja, frutos,

leite etc. 

•• B6 – Piridoxina – participa da composição química de enzimas. Sua carência provoca neurites e dermatites. Suas fontes são as mesmas das vitaminas anteriores. 

•• PP – Nicotinamida ou Niacina – conhecida como “preventiva da pelagra” ou “doença dos três dês”. Consiste em lesões das mucosas (provocando diarreias), dermatites e uma neurite grave do Sistema Nervoso Central,

levando à demência. Essa vitamina é um cofator das enzimas oxidantes do processo respiratório celular (desidrogenases). 

•• B12 – Distinguimos duas vitaminas B12 – hidroxicobalamina,

de ação antineurítica e a cianocobalamina, de efeito antianêmico.  Ambas possuem cobalto e são encontradas no fígado, rins e outros produtos de origem animal.

•• Vitamina C – ácido ascórbico – encontrada em frutos cítricos, tem como função principal a integridade das mucosas e a estimulação da produção de anticorpos. Sua carência provoca o escorbuto que se caracteriza por

quadros hemorrágicos gengivais, digestivos e articulares, além da perda da resistência orgânica.

•• Vitamina D – são duas: calciferol ou D2 e 7-deidrocolesterol ativado ou D3. Ambas têm função antirraquítica, pois são utilizadas na absorção do cálcio no intestino e na fixação nos ossos e nos dentes. Encontradas principalmente

na gema do ovo e nos produtos de laticínio. É importante ressaltar que na

natureza encontramos as duas sob a forma precursora denominada provitamina. Distinguimos, então, o ergosterol ou provitamina

D2, de origem vegetal, e 7-deidrocolesterol ou provitamina D3, de origem animal. A conversão de provitamina D para vitamina D só se faz na pele, sob a forma dos raios ultravioletas.

•• Vitamina K – Filoquinona – é a anti-hemorrágica. Participa da síntese de protrombina, proconvertina (fator VII) e fator Cristmas (fator IX). É encontrada em vegetais folhosos e alho. Essa vitamina é sintetizada pelas bactérias

intestinais (microbiota intestinal). 

•• Vitamina E – tocoferol – Sua deficiência causa

problemas de esterilidade, desenvolvimento

e lesões musculares. É considerada básica

no processo de fecundidade. É encontrada em

folhas verdes, ovos, leite, fígado etc.