Em formação

12.1.2: Síntese de macromoléculas biológicas - Biologia


Habilidades para desenvolver

  • Compreender a síntese de macromoléculas
  • Explique as reações de desidratação (ou condensação) e hidrólise

Como você aprendeu, macromoléculas biológicas são moléculas grandes, necessárias para a vida, que são construídas a partir de moléculas orgânicas menores. Existem quatro classes principais de macromoléculas biológicas (carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos); cada um é um componente importante da célula e executa uma ampla gama de funções. Combinadas, essas moléculas constituem a maior parte da massa seca de uma célula (lembre-se de que a água constitui a maior parte de sua massa completa). As macromoléculas biológicas são orgânicas, o que significa que contêm carbono. Além disso, eles podem conter hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e elementos secundários adicionais.

Síntese de desidratação

A maioria das macromoléculas é feita de subunidades únicas, ou blocos de construção, chamados monômeros. Os monômeros se combinam usando ligações covalentes para formar moléculas maiores conhecidas como polímeros. Ao fazer isso, os monômeros liberam moléculas de água como subprodutos. Esse tipo de reação é conhecido como síntese de desidratação, que significa "juntar enquanto se perde água".

Em uma reação de síntese de desidratação (Figura ( PageIndex {1} )), o hidrogênio de um monômero se combina com o grupo hidroxila de outro monômero, liberando uma molécula de água. Ao mesmo tempo, os monômeros compartilham elétrons e formam ligações covalentes. À medida que monômeros adicionais se juntam, esta cadeia de monômeros repetidos forma um polímero. Diferentes tipos de monômeros podem se combinar em muitas configurações, dando origem a um grupo diverso de macromoléculas. Mesmo um tipo de monômero pode se combinar de várias maneiras para formar vários polímeros diferentes: por exemplo, monômeros de glicose são os constituintes do amido, glicogênio e celulose.

Hidrólise

Os polímeros são decompostos em monômeros em um processo conhecido como hidrólise, que significa “dividir a água”, uma reação em que uma molécula de água é usada durante a quebra (Figura ( PageIndex {2} )). Durante essas reações, o polímero é quebrado em dois componentes: uma parte ganha um átomo de hidrogênio (H +) e a outra ganha uma molécula de hidroxila (OH–) de uma molécula de água dividida.

As reações de desidratação e hidrólise são catalisadas ou “aceleradas” por enzimas específicas; As reações de desidratação envolvem a formação de novas ligações, exigindo energia, enquanto as reações de hidrólise quebram as ligações e liberam energia. Essas reações são semelhantes para a maioria das macromoléculas, mas cada reação de monômero e polímero é específica para sua classe. Por exemplo, em nosso corpo, o alimento é hidrolisado ou dividido em moléculas menores por enzimas catalíticas no sistema digestivo. Isso permite uma fácil absorção de nutrientes pelas células do intestino. Cada macromolécula é decomposta por uma enzima específica. Por exemplo, os carboidratos são decompostos por amilase, sacarase, lactase ou maltase. As proteínas são decompostas pelas enzimas pepsina e peptidase e pelo ácido clorídrico. Os lipídios são decompostos pelas lipases. A quebra dessas macromoléculas fornece energia para as atividades celulares.

Link para aprendizagem

Visite este site para ver as representações visuais da síntese de desidratação e hidrólise.

Resumo

Proteínas, carboidratos, ácidos nucléicos e lipídios são as quatro classes principais de macromoléculas biológicas - moléculas grandes necessárias para a vida que são construídas a partir de moléculas orgânicas menores. As macromoléculas são constituídas por unidades únicas conhecidas como monômeros que são unidas por ligações covalentes para formar polímeros maiores. O polímero é mais do que a soma de suas partes: adquire novas características e leva a uma pressão osmótica muito inferior à formada por seus ingredientes; esta é uma vantagem importante na manutenção das condições osmóticas celulares. Um monômero se junta a outro monômero com a liberação de uma molécula de água, levando à formação de uma ligação covalente. Esses tipos de reações são conhecidos como reações de desidratação ou condensação. Quando os polímeros são quebrados em unidades menores (monômeros), uma molécula de água é usada para cada ligação quebrada por essas reações; tais reações são conhecidas como reações de hidrólise. As reações de desidratação e hidrólise são semelhantes para todas as macromoléculas, mas cada reação de monômero e polímero é específica para sua classe. As reações de desidratação normalmente requerem um investimento de energia para a formação de novas ligações, enquanto as reações de hidrólise normalmente liberam energia quebrando as ligações.

Perguntas de revisão

A síntese de desidratação leva à formação de

  1. monômeros
  2. polímeros
  3. água e polímeros
  4. nenhuma das acima

C

Durante a decomposição dos polímeros, qual das seguintes reações ocorre?

  1. hidrólise
  2. desidratação
  3. condensação
  4. ligação covalente

UMA

Resposta livre

Por que as macromoléculas biológicas são consideradas orgânicas?

As macromoléculas biológicas são orgânicas porque contêm carbono.

Qual o papel dos elétrons na síntese da desidratação e na hidrólise?

Em uma reação de síntese de desidratação, o hidrogênio de um monômero se combina com o grupo hidroxila de outro monômero, liberando uma molécula de água. Isso cria uma abertura nas camadas externas dos átomos nos monômeros, que podem compartilhar elétrons e formar ligações covalentes.

Glossário

macromolécula biológica
grande molécula necessária para a vida que é construída a partir de moléculas orgânicas menores
Síntese de desidratação
(também, condensação) reação que liga as moléculas de monômero, liberando uma molécula de água para cada ligação formada
hidrólise
reação causa a quebra de moléculas maiores em moléculas menores com a utilização de água
monômero
menor unidade de moléculas maiores chamadas polímeros
polímero
cadeia de resíduos de monômero que está ligada por ligações covalentes; polimerização é o processo de formação de polímero a partir de monômeros por condensação

12.1.2: Síntese de macromoléculas biológicas - Biologia

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Quatro classes de macromoléculas biológicas

Existem quatro classes principais de macromoléculas biológicas:

Cada um desses tipos de macromoléculas desempenha uma ampla gama de funções importantes dentro da célula - uma célula não pode desempenhar seu papel dentro do corpo sem muitos tipos diferentes dessas moléculas cruciais. Em combinação, essas macromoléculas biológicas constituem a maior parte da massa seca de uma célula. (As moléculas de água constituem a maior parte da massa total da célula & # 8217s.) Todas as moléculas dentro e fora das células estão situadas em um ambiente à base de água (ou seja, aquoso), e todas as reações dos sistemas biológicos estão ocorrendo nesse mesmo ambiente.

Interativo: Monômeros e PolímerosCarboidratos, proteínas e ácidos nucléicos são construídos a partir de pequenas unidades moleculares que estão conectadas umas às outras por fortes ligações covalentes. As pequenas unidades moleculares são chamadas de monômeros (mono significa um ou único), e eles estão ligados entre si em longas cadeias chamadas polímeros (poli significa muitos ou múltiplos). Cada tipo diferente de macromolécula, exceto lipídios, é construído a partir de um conjunto diferente de monômeros que se assemelham em composição e tamanho. Os lipídios não são polímeros, porque não são constituídos de monômeros (unidades com composição semelhante).

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Síntese de .beta.-espiro [pirrolidinoindolinas], sua ligação ao receptor de glicina e atividade biológica in vivo

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Hidrólise

A hidrólise é o reverso de uma reação de desidratação porque envolve a quebra de uma ligação covalente por meio da adição de uma molécula de água. A hidrólise é catalisada por um grande grupo de enzimas chamadas hidrolases. Entre as hidrolases mais comumente conhecidas estão as enzimas digestivas. A digestão começa na boca, onde a amilase salivar decompõe as moléculas de amido. É por isso que a mastigação prolongada de alimentos ricos em amido dá origem a um sabor doce na boca. A ação da amilase salivar gera monossacarídeos. Isso é seguido pela ação de proteases no estômago que iniciam o processo de quebra de ligações peptídicas em proteínas. A digestão é continuada por enzimas hidrolíticas do pâncreas e do intestino delgado que atuam nos lipídios, carboidratos, ácidos nucléicos e proteínas. Cada uma dessas hidrolases tem um nome específico dependendo da natureza de seu substrato. Por exemplo, as lipases atuam nos lípidos e as nucleases nos ácidos nucleicos. Uma protease que rompe as ligações peptídicas de uma extremidade da proteína é chamada de exopeptidase e aquelas que atuam nas ligações internas são chamadas de endopeptidases. Enzimas semelhantes também estão presentes para a digestão intracelular nos lisossomos.

Além disso, existem enzimas específicas que podem reverter as modificações pós-traducionais de proteínas, como as fosfatases. Essas enzimas removem o grupo fosfato ligado a uma proteína por meio de uma reação de hidrólise. Da mesma forma, as enzimas ATPase catalisam a hidrólise da ligação fosfodiéster terminal no ATP e são importantes para liberar a energia armazenada na molécula. Muitas enzimas envolvidas na hidrólise contêm um resíduo de serina em seu sítio ativo e são, portanto, conhecidas como hidrolases de serina. Isso inclui a maioria das enzimas digestivas e aquelas envolvidas nas principais vias metabólicas dentro da célula.


Esteróides

Ao contrário dos fosfolipídios e gorduras discutidos anteriormente, os esteróides têm uma estrutura de anel fundido. Embora não se assemelhem aos outros lipídios, eles são agrupados com eles porque também são hidrofóbicos e insolúveis em água. Todos os esteróides têm quatro anéis de carbono ligados e vários deles, como o colesterol, têm uma cauda curta (veja a imagem abaixo). Muitos esteróides também possuem o grupo funcional –OH, o que os coloca na classificação do álcool (esteróis).

Esteróides como colesterol e cortisol são compostos de quatro anéis de hidrocarbonetos fundidos. Atribuição de imagem: OpenStax Biology

O colesterol é o esteróide mais comum. O colesterol é sintetizado principalmente no fígado. Na verdade, é o precursor de muitos hormônios esteróides, como a testosterona e o estradiol, que são secretados pelas gônadas e glândulas endócrinas. É também o precursor da vitamina D. Além disso, o colesterol também é o precursor dos sais biliares, que auxiliam na emulsificação das gorduras e sua posterior absorção pelas células.

Embora o colesterol seja frequentemente falado em termos negativos pelos leigos, ele é necessário para o bom funcionamento do corpo. Na verdade, é um componente da membrana plasmática das células animais e se encontra na bicamada fosfolipídica. Como a membrana plasmática é a estrutura mais externa das células animais, ela é responsável pelo transporte de materiais e pelo reconhecimento celular. Além disso, está envolvido na comunicação célula a célula.


Resumo

Receptores nucleares (NRs) complexados com ligantes agonistas ativam a transcrição recrutando complexos de proteínas coativadoras. Em princípio, deve-se ser capaz de inibir a atividade transcricional dos NRs bloqueando essa interação receptor-coativador transcricionalmente crítica diretamente, usando um inibidor de ligação do coativador (CBI) apropriadamente projetado. Para orientar nosso projeto de várias classes de CBIs, usamos a estrutura de cristal de um domínio de ligação de ligante (LBD) de receptor de estrogênio ligado a agonista (ER) complexado com um peptídeo coativador contendo o motivo de assinatura LXXLL ligado a um sulco hidrofóbico na superfície do LBD. Um conjunto de CBIs, com base em uma abordagem de design de fora para dentro, tem vários núcleos heterocíclicos (triazenos, pirimidinas, tritianes, ciclohexanos) que imitam os locais de amarração das três leucinas na hélice do peptídeo, às quais estão anexados substituintes semelhantes a resíduos de leucina . O outro conjunto, com base em uma abordagem de dentro para fora, tem um núcleo de naftaleno que imita as duas leucinas mais profundamente enterradas, com substituintes estendendo-se para fora para imitar outras características do peptídeo helicoidal coativador. Um ensaio de competição de coativador baseado em anisotropia de fluorescência foi desenvolvido para medir a ligação específica desses CBIs ao local do sulco no complexo agonista ER com o qual os coativadores interagem com os ensaios de ligação do ligante de controle garantido que sua interação não foi com o bolso de ligação do ligante. Os CBIs mais eficazes foram aqueles da família das pirimidinas, a melhor ligação com Keu valores de ca. 30 μM. Os CBIs baseados em tritiano e ciclohexano parecem ser mímicos estruturais pobres, por causa das restrições conformacionais equatoriais vs axiais, e os CBIs baseados em triazeno também são conformacionalmente restringidos por sobreposição de ressonância de substituinte de amina para anel, o que não é o caso com as pirimidinas substituídas com alquil de maior afinidade. Os CBIs baseados em pirimidina parecem ser os primeiros inibidores de pequenas moléculas da ligação do coativador NR.

Para quem a correspondência deve ser endereçada. Telefone: 217 333 6310. Fax: 217 333 7325. E-mail: [email & # 160 protegido]


Resumo

Este estudo tem como objetivo sintetizar novos spiro-4 fundidosH-pirano em condições verdes para desenvolver agentes com atividade antimicrobiana. Os compostos sintetizados foram inicialmente selecionados para atividade antibacteriana in vitro contra duas cepas bacterianas Gram-positivas e três Gram-negativas, e todos os compostos exibiram atividade antibacteriana moderada a potente. No entanto, composto 4l mostrou inibição significativa para todas as cepas bacterianas, particularmente contra Streptococcus pneumoniae e Escherichia coli com valores de concentração inibitória mínima de 125 μg / mL para cada um. Os estudos de toxicidade de compostos selecionados (4c, 4e, 4l, e 4m) usando glóbulos vermelhos humanos, bem como células de rim embrionário humano (HEK-293) mostraram comportamento não tóxico na concentração desejada. Estudos de cinética de crescimento e curva de matança de tempo de 4l contra S. pneumoniae e E. coli apoiou sua natureza bactericida. Curiosamente, composto 4l mostrou um efeito sinérgico quando usado em combinação com ciprofloxacina contra cepas selecionadas. A formação de biofilme na presença de um composto de chumbo, conforme avaliado pelo ensaio XTT, mostrou ruptura completa do biofilme bacteriano visualizado por microscopia eletrônica de varredura. No geral, os resultados sugerem 4l para ser considerado como uma liderança promissora para o desenvolvimento como um agente antibacteriano.


Moléculas Biológicas

As grandes moléculas necessárias para a vida que são construídas a partir de moléculas orgânicas menores são chamadas de biológicas macro moléculas. Existem quatro classes principais de macromoléculas biológicas (carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos) e cada uma é um componente importante da célula e desempenha uma ampla gama de funções. Combinadas, essas moléculas constituem a maior parte da massa de uma célula. As macromoléculas biológicas são orgânicas, o que significa que contêm carbono (com algumas exceções, como o dióxido de carbono). Além disso, eles podem conter hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo, enxofre e elementos secundários adicionais.

Carbono

Costuma-se dizer que a vida é "baseada no carbono". Isso significa que os átomos de carbono, ligados a outros átomos de carbono ou outros elementos, formam os componentes fundamentais de muitas, senão da maioria, das moléculas encontradas exclusivamente em seres vivos. Outros elementos desempenham papéis importantes nas moléculas biológicas, mas o carbono certamente se qualifica como o elemento de “base” para as moléculas nos seres vivos. São as propriedades de ligação dos átomos de carbono que são responsáveis ​​por seu importante papel.

Ligação de Carbono

O carbono contém quatro elétrons em sua camada externa. Portanto, pode formar quatro ligações covalentes com outros átomos ou moléculas. A molécula de carbono orgânico mais simples é o metano (CH4), em que quatro átomos de hidrogênio se ligam a um átomo de carbono ([link]).

No entanto, as estruturas mais complexas são feitas com carbono. Qualquer um dos átomos de hidrogênio pode ser substituído por outro átomo de carbono covalentemente ligado ao primeiro átomo de carbono. Desta forma, cadeias longas e ramificadas de compostos de carbono podem ser feitas ([link]uma) Os átomos de carbono podem se ligar a átomos de outros elementos, como nitrogênio, oxigênio e fósforo ([link]b) As moléculas também podem formar anéis, que por sua vez podem se ligar a outros anéis ([link]c) Essa diversidade de formas moleculares é responsável pela diversidade de funções das macromoléculas biológicas e se baseia em grande parte na capacidade do carbono de formar ligações múltiplas consigo mesmo e com outros átomos.

Carboidratos

Carboidratos são macromoléculas com as quais a maioria dos consumidores está familiarizada. Para perder peso, alguns indivíduos aderem a dietas com “baixo teor de carboidratos”. Os atletas, em contraste, muitas vezes “carregam carboidratos” antes de competições importantes para garantir que tenham energia suficiente para competir em alto nível. Os carboidratos são, de fato, uma parte essencial de nossa dieta - grãos, frutas e vegetais são fontes naturais de carboidratos. Os carboidratos fornecem energia ao corpo, principalmente por meio da glicose, um açúcar simples. Os carboidratos também têm outras funções importantes em humanos, animais e plantas.

Os carboidratos podem ser representados pela fórmula (CH2O)n, Onde n é o número de átomos de carbono na molécula. Em outras palavras, a proporção de carbono para hidrogênio e oxigênio é de 1: 2: 1 nas moléculas de carboidratos. Os carboidratos são classificados em três subtipos: monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos.

Monossacarídeos (mono- = “um” sacar- = “doce”) são açúcares simples, o mais comum dos quais é a glicose. Em monossacarídeos, o número de átomos de carbono geralmente varia de três a seis. A maioria dos nomes de monossacarídeos termina com o sufixo -ose. Dependendo do número de átomos de carbono no açúcar, eles podem ser conhecidos como trioses (três átomos de carbono), pentoses (cinco átomos de carbono) e hexoses (seis átomos de carbono).

Os monossacarídeos podem existir como uma cadeia linear ou como moléculas em forma de anel em soluções aquosas, eles são normalmente encontrados na forma de anel.

A fórmula química da glicose é C6H12O6. Na maioria das espécies vivas, a glicose é uma importante fonte de energia. Durante a respiração celular, a energia é liberada da glicose, e essa energia é usada para ajudar a produzir trifosfato de adenosina (ATP). As plantas sintetizam glicose usando dióxido de carbono e água pelo processo de fotossíntese, e a glicose, por sua vez, é utilizada para as necessidades de energia da planta. O excesso de glicose sintetizada é freqüentemente armazenado como amido que é decomposto por outros organismos que se alimentam de plantas.

Galactose (parte da lactose, ou açúcar do leite) e frutose (encontrada na fruta) são outros monossacarídeos comuns. Embora glicose, galactose e frutose tenham a mesma fórmula química (C6H12O6), eles diferem estrutural e quimicamente (e são conhecidos como isômeros) por causa de arranjos diferentes de átomos na cadeia de carbono ([link]).

Dissacarídeos (di- = “dois”) se formam quando dois monossacarídeos sofrem uma reação de desidratação (uma reação na qual ocorre a remoção de uma molécula de água). Durante este processo, o grupo hidroxila (–OH) de um monossacarídeo se combina com um átomo de hidrogênio de outro monossacarídeo, liberando uma molécula de água (H2O) e formando uma ligação covalente entre os átomos nas duas moléculas de açúcar.

Os dissacarídeos comuns incluem lactose, maltose e sacarose. A lactose é um dissacarídeo que consiste nos monômeros glicose e galactose. É encontrado naturalmente no leite. A maltose, ou açúcar do malte, é um dissacarídeo formado a partir de uma reação de desidratação entre duas moléculas de glicose. O dissacarídeo mais comum é a sacarose, ou açúcar de mesa, que é composto pelos monômeros glicose e frutose.

Uma longa cadeia de monossacarídeos ligados por ligações covalentes é conhecida como um polissacarideo (poli- = “muitos”). A cadeia pode ser ramificada ou não ramificada e pode conter diferentes tipos de monossacarídeos. Os polissacarídeos podem ser moléculas muito grandes. Amido, glicogênio, celulose e quitina são exemplos de polissacarídeos.

Amido é a forma armazenada de açúcares nas plantas e é composta por amilose e amilopectina (ambos polímeros de glicose). As plantas são capazes de sintetizar glicose, e o excesso de glicose é armazenado como amido em diferentes partes da planta, incluindo raízes e sementes. O amido que é consumido pelos animais é dividido em moléculas menores, como a glicose. As células podem então absorver a glicose.

Glicogênio é a forma de armazenamento de glicose em humanos e outros vertebrados, e é composta de monômeros de glicose. O glicogênio é o equivalente animal do amido e é uma molécula altamente ramificada geralmente armazenada no fígado e nas células musculares. Sempre que os níveis de glicose diminuem, o glicogênio é quebrado para liberar a glicose.

Celulose é um dos biopolímeros naturais mais abundantes. As paredes celulares das plantas são feitas principalmente de celulose, que fornece suporte estrutural à célula. Madeira e papel são principalmente de natureza celulósica. A celulose é composta de monômeros de glicose que estão ligados por ligações entre átomos de carbono específicos na molécula de glicose.

Todos os outros monômeros de glicose na celulose são virados e embalados firmemente como longas cadeias estendidas. Isso dá à celulose sua rigidez e alta resistência à tração - o que é muito importante para as células vegetais. A celulose que passa pelo nosso sistema digestivo é chamada de fibra alimentar. Embora as ligações glicose-glicose na celulose não possam ser quebradas por enzimas digestivas humanas, herbívoros como vacas, búfalos e cavalos são capazes de digerir grama rica em celulose e usá-la como fonte de alimento. Nesses animais, certas espécies de bactérias residem no rúmen (parte do sistema digestivo dos herbívoros) e secretam a enzima celulase. O apêndice também contém bactérias que decompõem a celulose, o que lhe confere um papel importante no sistema digestivo dos ruminantes. As celulases podem quebrar a celulose em monômeros de glicose que podem ser usados ​​como fonte de energia pelo animal.

Os carboidratos têm outras funções em diferentes animais. Os artrópodes, como insetos, aranhas e caranguejos, têm um esqueleto externo, denominado exoesqueleto, que protege as partes internas do corpo. Este exoesqueleto é feito de macromolécula biológica quitina, que é um carboidrato nitrogenado. É feito de unidades repetidas de um açúcar modificado contendo nitrogênio.

Assim, por meio de diferenças na estrutura molecular, os carboidratos são capazes de cumprir as funções muito diferentes de armazenamento de energia (amido e glicogênio) e suporte e proteção estrutural (celulose e quitina) ([link]).

A obesidade registrada por nutricionista é uma preocupação mundial e muitas doenças, como diabetes e doenças cardíacas, estão se tornando mais prevalentes por causa da obesidade. Esta é uma das razões pelas quais os nutricionistas registrados são cada vez mais procurados para aconselhamento. Os nutricionistas registrados ajudam a planejar programas de alimentação e nutrição para indivíduos em vários ambientes. Freqüentemente, trabalham com pacientes em centros de saúde, elaborando planos de nutrição para prevenir e tratar doenças. Por exemplo, os nutricionistas podem ensinar a um paciente com diabetes como controlar os níveis de açúcar no sangue comendo os tipos e quantidades corretas de carboidratos. Os nutricionistas também podem trabalhar em lares de idosos, escolas e consultórios particulares.

Para se tornar um nutricionista registrado, é necessário obter pelo menos um diploma de bacharel em dietética, nutrição, tecnologia de alimentos ou áreas afins. Além disso, os nutricionistas registrados devem concluir um programa de estágio supervisionado e passar em um exame nacional. Aqueles que buscam carreiras em dietética fazem cursos de nutrição, química, bioquímica, biologia, microbiologia e fisiologia humana. Os nutricionistas devem se tornar especialistas na química e nas funções dos alimentos (proteínas, carboidratos e gorduras).

Lipídios

Os lipídios incluem um grupo diverso de compostos que são unidos por uma característica comum. Lipídios são hidrofóbicos (“temerosos de água”) ou insolúveis em água, porque são moléculas apolares. Isso ocorre porque eles são hidrocarbonetos que incluem apenas ligações não polares de carbono-carbono ou carbono-hidrogênio. Os lipídios desempenham muitas funções diferentes em uma célula. As células armazenam energia para uso a longo prazo na forma de lipídios chamados gorduras. Os lipídios também fornecem isolamento do meio ambiente para plantas e animais ([link]). Por exemplo, eles ajudam a manter secos os pássaros aquáticos e mamíferos devido à sua natureza repelente à água. Os lipídios também são os blocos de construção de muitos hormônios e são um importante constituinte da membrana plasmática. Os lipídios incluem gorduras, óleos, ceras, fosfolipídios e esteróides.

UMA gordura molécula, como um triglicerídeo, consiste em dois componentes principais - glicerol e ácidos graxos. O glicerol é um composto orgânico com três átomos de carbono, cinco átomos de hidrogênio e três grupos hidroxila (–OH). Os ácidos graxos têm uma longa cadeia de hidrocarbonetos aos quais um grupo carboxila ácido está ligado, daí o nome "ácido graxo". O número de carbonos no ácido graxo pode variar de 4 a 36. Os mais comuns são aqueles que contêm de 12 a 18 carbonos. Em uma molécula de gordura, um ácido graxo é ligado a cada um dos três átomos de oxigênio nos grupos –OH da molécula de glicerol com uma ligação covalente ([link]).

Durante a formação da ligação covalente, três moléculas de água são liberadas. Os três ácidos graxos da gordura podem ser semelhantes ou diferentes. Essas gorduras também são chamadas triglicerídeos porque eles têm três ácidos graxos. Alguns ácidos graxos têm nomes comuns que especificam sua origem. Por exemplo, o ácido palmítico, um ácido graxo saturado, é derivado da palmeira. O ácido araquídico é derivado de Arachis hypogaea, o nome científico do amendoim.

Os ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados. Em uma cadeia de ácido graxo, se houver apenas ligações simples entre carbonos vizinhos na cadeia de hidrocarbonetos, o ácido graxo estará saturado. Ácidos graxos saturados são saturados com hidrogênio em outras palavras, o número de átomos de hidrogênio ligados ao esqueleto de carbono é maximizado.

Quando a cadeia de hidrocarbonetos contém uma ligação dupla, o ácido graxo é um ácido graxo insaturado.

A maioria das gorduras insaturadas são líquidas em temperatura ambiente e são chamadas óleos. Se houver uma ligação dupla na molécula, então ela é conhecida como uma gordura monoinsaturada (por exemplo, azeite), e se houver mais de uma ligação dupla, então ela é conhecida como uma gordura poliinsaturada (por exemplo, óleo de canola).

As gorduras saturadas tendem a ficar bem embaladas e são sólidas à temperatura ambiente. As gorduras animais com ácido esteárico e ácido palmítico contido na carne, e a gordura com ácido butírico contido na manteiga, são exemplos de gorduras saturadas. Os mamíferos armazenam gorduras em células especializadas chamadas adipócitos, onde os glóbulos de gordura ocupam a maior parte da célula. Nas plantas, a gordura ou o óleo são armazenados nas sementes e usados ​​como fonte de energia durante o desenvolvimento embrionário.

As gorduras ou óleos insaturados são geralmente de origem vegetal e contêm ácidos graxos insaturados. A ligação dupla causa uma dobra ou “torção” que impede que os ácidos graxos se compactem, mantendo-os líquidos em temperatura ambiente. Azeite, óleo de milho, óleo de canola e óleo de fígado de bacalhau são exemplos de gorduras insaturadas. As gorduras insaturadas ajudam a melhorar os níveis de colesterol no sangue, enquanto as gorduras saturadas contribuem para a formação de placas nas artérias, o que aumenta o risco de ataque cardíaco.

Na indústria de alimentos, os óleos são hidrogenados artificialmente para torná-los semissólidos, levando a menos deterioração e aumento da vida útil. Simplesmente falando, o gás hidrogênio é borbulhado através dos óleos para solidificá-los. Durante este processo de hidrogenação, ligações duplas do cis-conformação na cadeia de hidrocarboneto pode ser convertida em ligações duplas no trans-conformação. Isso forma um trans-gordura a partir de um cis-gordura. A orientação das ligações duplas afeta as propriedades químicas da gordura ([link]).

Margarina, alguns tipos de manteiga de amendoim e gordura vegetal são exemplos de hidrogenação artificial trans-fats. Estudos recentes têm mostrado que um aumento na trans- as gorduras na dieta humana podem levar a um aumento nos níveis de lipoproteína de baixa densidade (LDL), ou colesterol “ruim”, que, por sua vez, pode levar à deposição de placas nas artérias, resultando em doenças cardíacas. Muitos restaurantes de fast food eliminaram recentemente o uso de trans- gorduras e rótulos de alimentos dos EUA agora são obrigados a listar seus trans- conteúdo de gordura.

Os ácidos graxos essenciais são ácidos graxos necessários, mas não sintetizados pelo corpo humano. Conseqüentemente, eles devem ser suplementados por meio da dieta. Os ácidos graxos ômega-3 se enquadram nesta categoria e são um dos dois únicos ácidos graxos essenciais conhecidos para os humanos (o outro sendo os ácidos graxos ômega-6). Eles são um tipo de gordura poliinsaturada e são chamados de ácidos graxos ômega-3 porque o terceiro carbono do final do ácido graxo participa de uma ligação dupla.

Salmão, truta e atum são boas fontes de ácidos graxos ômega-3. Os ácidos graxos ômega-3 são importantes no funcionamento do cérebro e no crescimento e desenvolvimento normais. Eles também podem prevenir doenças cardíacas e reduzir o risco de câncer.

Como os carboidratos, as gorduras receberam muita publicidade negativa. É verdade que comer em excesso alimentos fritos e outros alimentos “gordurosos” leva ao ganho de peso. No entanto, as gorduras têm funções importantes. As gorduras servem como armazenamento de energia a longo prazo. Eles também fornecem isolamento para o corpo. Portanto, gorduras insaturadas “saudáveis” em quantidades moderadas devem ser consumidas regularmente.

Fosfolipídios são o principal constituinte da membrana plasmática. Como as gorduras, eles são compostos de cadeias de ácidos graxos ligadas a um glicerol ou estrutura semelhante. Em vez de três ácidos graxos anexados, no entanto, há dois ácidos graxos e o terceiro carbono da estrutura do glicerol está ligado a um grupo fosfato. O grupo fosfato é modificado pela adição de um álcool.

Um fosfolipídeo possui regiões hidrofóbicas e hidrofílicas. As cadeias de ácidos graxos são hidrofóbicas e se excluem da água, enquanto o fosfato é hidrofílico e interage com a água.

As células são circundadas por uma membrana, que possui uma camada dupla de fosfolipídios. Os ácidos graxos dos fosfolipídios ficam voltados para dentro, longe da água, enquanto o grupo fosfato pode ficar voltado para o ambiente externo ou interno da célula, ambos aquosos.

Esteroides e ceras

Ao contrário dos fosfolipídios e gorduras discutidos anteriormente, esteróides tem uma estrutura em anel. Embora não se assemelhem a outros lipídios, são agrupados com eles porque também são hidrofóbicos. Todos os esteróides têm quatro anéis de carbono ligados e vários deles, como o colesterol, têm uma cauda curta.

O colesterol é um esteróide. O colesterol é sintetizado principalmente no fígado e é o precursor de muitos hormônios esteróides, como a testosterona e o estradiol. É também o precursor das vitaminas E e K. O colesterol é o precursor dos sais biliares, que auxiliam na quebra das gorduras e sua posterior absorção pelas células. Embora muitas vezes se fale do colesterol em termos negativos, ele é necessário para o bom funcionamento do corpo. É um componente chave das membranas plasmáticas das células animais.

As ceras são constituídas por uma cadeia de hidrocarbonetos com um grupo álcool (–OH) e um ácido graxo. Exemplos de ceras animais incluem cera de abelha e lanolina. As plantas também têm ceras, como o revestimento das folhas, que ajuda a evitar que sequem.

Para uma perspectiva adicional sobre os lipídios, explore “Biomoléculas: os lipídios” por meio desta animação interativa.

Proteínas

Proteínas são uma das moléculas orgânicas mais abundantes nos sistemas vivos e têm a mais diversa gama de funções de todas as macromoléculas. As proteínas podem ser estruturais, regulatórias, contráteis ou protetoras, podem servir no transporte, armazenamento ou membranas ou podem ser toxinas ou enzimas. Cada célula em um sistema vivo pode conter milhares de proteínas diferentes, cada uma com uma função única. Suas estruturas, assim como suas funções, variam muito. Eles são todos, entretanto, polímeros de aminoácidos, dispostos em uma seqüência linear.

As funções das proteínas são muito diversas porque existem 20 diferentes aminoácidos quimicamente distintos que formam longas cadeias, e os aminoácidos podem estar em qualquer ordem. Por exemplo, as proteínas podem funcionar como enzimas ou hormônios. Enzimas, que são produzidos por células vivas, são catalisadores em reações bioquímicas (como a digestão) e geralmente são proteínas. Cada enzima é específica para o substrato (um reagente que se liga a uma enzima) sobre o qual atua. As enzimas podem funcionar para quebrar ligações moleculares, reorganizar ligações ou formar novas ligações. Um exemplo de enzima é a amilase salivar, que decompõe a amilose, um componente do amido.

Hormônios são moléculas de sinalização química, geralmente proteínas ou esteróides, secretadas por uma glândula endócrina ou grupo de células endócrinas que atuam para controlar ou regular processos fisiológicos específicos, incluindo crescimento, desenvolvimento, metabolismo e reprodução. Por exemplo, a insulina é um hormônio proteico que mantém os níveis de glicose no sangue.

As proteínas têm diferentes formas e pesos moleculares, algumas proteínas são de forma globular, enquanto outras são de natureza fibrosa. Por exemplo, a hemoglobina é uma proteína globular, mas o colágeno, encontrado em nossa pele, é uma proteína fibrosa. A forma da proteína é crítica para sua função. Mudanças na temperatura, pH e exposição a produtos químicos podem levar a mudanças permanentes na forma da proteína, levando a uma perda de função ou desnaturação (a ser discutido com mais detalhes posteriormente). Todas as proteínas são compostas de diferentes arranjos dos mesmos 20 tipos de aminoácidos.

Aminoácidos são os monômeros que constituem as proteínas. Cada aminoácido tem a mesma estrutura fundamental, que consiste em um átomo de carbono central ligado a um grupo amino (–NH2), um grupo carboxil (–COOH) e um átomo de hidrogênio. Cada aminoácido também tem outro átomo variável ou grupo de átomos ligados ao átomo de carbono central conhecido como grupo R. O grupo R é a única diferença na estrutura entre os 20 aminoácidos, caso contrário, os aminoácidos são idênticos ([link]).

A natureza química do grupo R determina a natureza química do aminoácido dentro de sua proteína (isto é, se é ácido, básico, polar ou não polar).

A sequência e o número de aminoácidos determinam, em última instância, a forma, o tamanho e a função de uma proteína. Cada aminoácido está ligado a outro aminoácido por uma ligação covalente, conhecida como ligação peptídica, que é formada por uma reação de desidratação. O grupo carboxila de um aminoácido e o grupo amino de um segundo aminoácido se combinam, liberando uma molécula de água. A ligação resultante é a ligação peptídica.

Os produtos formados por tal ligação são chamados polipeptídeos. Embora os termos polipeptídeo e proteína sejam às vezes usados ​​indistintamente, um polipeptídeo é tecnicamente um polímero de aminoácidos, enquanto o termo proteína é usado para um polipeptídeo ou polipeptídeos que se combinaram, têm uma forma distinta e têm uma função única.

O significado evolutivo do citocromo c O citocromo c é um componente importante da maquinaria molecular que extrai energia da glicose. Como o papel dessa proteína na produção de energia celular é crucial, ela mudou muito pouco ao longo de milhões de anos. O sequenciamento de proteínas mostrou que há uma quantidade considerável de similaridade de sequência entre as moléculas de citocromo c de diferentes relações evolutivas de espécies que podem ser avaliadas medindo as semelhanças ou diferenças entre as sequências de proteínas de várias espécies.

Por exemplo, os cientistas determinaram que o citocromo c humano contém 104 aminoácidos. Para cada molécula de citocromo c que foi sequenciada até agora de diferentes organismos, 37 desses aminoácidos aparecem na mesma posição em cada citocromo c. Isso indica que todos esses organismos descendem de um ancestral comum. Ao comparar as sequências de proteínas humanas e de chimpanzé, nenhuma diferença de sequência foi encontrada. Quando as sequências humanas e de macaco rhesus foram comparadas, uma única diferença foi encontrada em um aminoácido. Em contraste, as comparações entre humanos e leveduras mostram uma diferença em 44 aminoácidos, sugerindo que humanos e chimpanzés têm um ancestral comum mais recente do que humanos e o macaco rhesus, ou humanos e leveduras.

Estrutura da Proteína

Conforme discutido anteriormente, a forma de uma proteína é crítica para sua função. Para entender como a proteína obtém sua forma ou conformação final, precisamos entender os quatro níveis de estrutura da proteína: primária, secundária, terciária e quaternária ([link]).

A sequência única e o número de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica é sua estrutura primária. A sequência única de cada proteína é determinada, em última análise, pelo gene que codifica a proteína. Qualquer alteração na sequência do gene pode levar à adição de um aminoácido diferente à cadeia polipeptídica, causando uma alteração na estrutura e função da proteína. Na anemia falciforme, a cadeia β da hemoglobina tem uma única substituição de aminoácido, causando uma mudança na estrutura e na função da proteína. O que é mais notável a se considerar é que uma molécula de hemoglobina é composta de duas cadeias alfa e duas cadeias beta, cada uma com cerca de 150 aminoácidos. A molécula, portanto, tem cerca de 600 aminoácidos. A diferença estrutural entre uma molécula de hemoglobina normal e uma molécula de célula falciforme - que diminui drasticamente a expectativa de vida dos indivíduos afetados - é um único aminoácido dos 600.

Por causa dessa mudança de um aminoácido na cadeia, os glóbulos vermelhos normalmente bicôncavos, ou em forma de disco, assumem a forma de crescente ou “foice”, que obstrui as artérias. Isso pode levar a uma miríade de problemas de saúde graves, como falta de ar, tontura, dores de cabeça e dor abdominal para quem tem essa doença.

Padrões de dobramento resultantes de interações entre as porções de aminoácidos não pertencentes ao grupo R dão origem à estrutura secundária da proteína. As mais comuns são as estruturas em hélice alfa (α) e em folha pregueada beta (β). Ambas as estruturas são mantidas em forma por ligações de hidrogênio. Na hélice alfa, as ligações se formam entre cada quarto aminoácido e causam uma torção na cadeia de aminoácidos.

Na folha β-pregueada, as “pregas” são formadas por ligações de hidrogênio entre átomos na espinha dorsal da cadeia polipeptídica. Os grupos R estão ligados aos carbonos e estendem-se acima e abaixo das dobras da prega. Os segmentos pregueados se alinham paralelamente e as ligações de hidrogênio se formam entre os mesmos pares de átomos em cada um dos aminoácidos alinhados. As estruturas de hélice α e de folha pregueada β são encontradas em muitas proteínas globulares e fibrosas.

A estrutura tridimensional única de um polipeptídeo é conhecida como estrutura terciária. Esta estrutura é causada por interações químicas entre vários aminoácidos e regiões do polipeptídeo. Primeiramente, as interações entre os grupos R criam a estrutura terciária tridimensional complexa de uma proteína. Pode haver ligações iônicas formadas entre grupos R em diferentes aminoácidos, ou ligações de hidrogênio além daquelas envolvidas na estrutura secundária. Quando ocorre o enovelamento da proteína, os grupos R hidrofóbicos de aminoácidos não polares ficam no interior da proteína, enquanto os grupos R hidrofílicos ficam do lado de fora. Os primeiros tipos de interação também são conhecidos como interações hidrofóbicas.

Na natureza, algumas proteínas são formadas a partir de vários polipeptídeos, também conhecidos como subunidades, e a interação dessas subunidades forma a estrutura quaternária. As interações fracas entre as subunidades ajudam a estabilizar a estrutura geral. Por exemplo, a hemoglobina é uma combinação de quatro subunidades polipeptídicas.

Cada proteína tem sua própria sequência e forma únicas mantidas juntas por interações químicas. Se a proteína está sujeita a mudanças de temperatura, pH ou exposição a produtos químicos, a estrutura da proteína pode mudar, perdendo sua forma no que é conhecido como desnaturação, conforme discutido anteriormente. A desnaturação é freqüentemente reversível porque a estrutura primária é preservada se o agente desnaturante for removido, permitindo que a proteína retome sua função. Às vezes, a desnaturação é irreversível, levando à perda de função. One example of protein denaturation can be seen when an egg is fried or boiled. The albumin protein in the liquid egg white is denatured when placed in a hot pan, changing from a clear substance to an opaque white substance. Not all proteins are denatured at high temperatures for instance, bacteria that survive in hot springs have proteins that are adapted to function at those temperatures.

For an additional perspective on proteins, explore “Biomolecules: The Proteins” through this interactive animation.

Ácidos nucleicos

Nucleic acids are key macromolecules in the continuity of life. They carry the genetic blueprint of a cell and carry instructions for the functioning of the cell.

The two main types of ácidos nucleicos estão ácido desoxirribonucléico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). DNA is the genetic material found in all living organisms, ranging from single-celled bacteria to multicellular mammals.

The other type of nucleic acid, RNA, is mostly involved in protein synthesis. The DNA molecules never leave the nucleus, but instead use an RNA intermediary to communicate with the rest of the cell. Other types of RNA are also involved in protein synthesis and its regulation.

DNA e RNA são constituídos por monômeros conhecidos como nucleotídeos. The nucleotides combine with each other to form a polynucleotide, DNA or RNA. Each nucleotide is made up of three components: a nitrogenous base, a pentose (five-carbon) sugar, and a phosphate group ([link]). Each nitrogenous base in a nucleotide is attached to a sugar molecule, which is attached to a phosphate group.

DNA Double-Helical Structure

DNA has a double-helical structure ([link]). It is composed of two strands, or polymers, of nucleotides. The strands are formed with bonds between phosphate and sugar groups of adjacent nucleotides. The strands are bonded to each other at their bases with hydrogen bonds, and the strands coil about each other along their length, hence the “double helix” description, which means a double spiral.

The alternating sugar and phosphate groups lie on the outside of each strand, forming the backbone of the DNA. The nitrogenous bases are stacked in the interior, like the steps of a staircase, and these bases pair the pairs are bound to each other by hydrogen bonds. The bases pair in such a way that the distance between the backbones of the two strands is the same all along the molecule.

Resumo da Seção

Living things are carbon-based because carbon plays such a prominent role in the chemistry of living things. The four covalent bonding positions of the carbon atom can give rise to a wide diversity of compounds with many functions, accounting for the importance of carbon in living things. Carbohydrates are a group of macromolecules that are a vital energy source for the cell, provide structural support to many organisms, and can be found on the surface of the cell as receptors or for cell recognition. Carbohydrates are classified as monosaccharides, disaccharides, and polysaccharides, depending on the number of monomers in the molecule.

Lipids are a class of macromolecules that are nonpolar and hydrophobic in nature. Major types include fats and oils, waxes, phospholipids, and steroids. Fats and oils are a stored form of energy and can include triglycerides. Fats and oils are usually made up of fatty acids and glycerol.

Proteins are a class of macromolecules that can perform a diverse range of functions for the cell. They help in metabolism by providing structural support and by acting as enzymes, carriers or as hormones. The building blocks of proteins are amino acids. Proteins are organized at four levels: primary, secondary, tertiary, and quaternary. Protein shape and function are intricately linked any change in shape caused by changes in temperature, pH, or chemical exposure may lead to protein denaturation and a loss of function.

Nucleic acids are molecules made up of repeating units of nucleotides that direct cellular activities such as cell division and protein synthesis. Cada nucleotídeo é composto de um açúcar pentose, uma base nitrogenada e um grupo fosfato. Existem dois tipos de ácidos nucléicos: DNA e RNA.


ELECTROPHORESIS | Theory of Electrophoresis

Ionic composition of the electrophoresis buffer

A charged macromolecule becomes surrounded by an ionic atmosphere of opposite charges because of interactions between ionizable groups on the surface of the charged molecule and ions in the electrophoresis buffer. As a result, both its net charge and its electrophoretic mobility are decreased. This effect is quite pronounced in the electrophoretic separation of proteins, since different proteins have different amino acid side chains which interact to varying degrees with the ions in the solutions used.

In order to minimize these ‘counterion’ effects it is advisable to use an electrophoresis buffer with as low an ionic strength as possible. However in some cases, such as with polypeptides and polynucleotides, electrophoresis has to be carried out in solutions of high ionic strength, otherwise these macromolecules will not be soluble. It therefore becomes necessary to choose a suitable salt concentration.


Assista o vídeo: O QUE SÃO OS HIDRATOS DE CARBONO? - Macromoléculas Biológicas (Novembro 2021).