Biomoléculas orgânicas: características, funções e exemplos

As biomoléculas orgânicas encontradas em todos os seres vivos e são caracterizados por uma estrutura com base no átomo de carbono. Se os compararmos com moléculas inorgânicas, as orgânicas são muito mais complexas em termos de estrutura. Além disso, eles são muito mais variados.

Eles são classificados em proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos. Suas funções são extremamente variadas. As proteínas participam como elementos estruturais, funcionais e catalíticos. Os carboidratos também têm funções estruturais e são a principal fonte de energia para os seres orgânicos.

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Fonte: pixabay.com

Os lipídios são componentes importantes das membranas biológicas e de outras substâncias, como hormônios. Eles também funcionam como elementos de armazenamento de energia. Finalmente, os ácidos nucléicos – DNA e RNA – contêm todas as informações necessárias para o desenvolvimento e manutenção dos seres vivos.

Características gerais

Uma das características mais relevantes das biomoléculas orgânicas é sua versatilidade na formação de estruturas. Essa enorme diversidade de variantes orgânicas que podem existir se deve à situação privilegiada fornecida pelo átomo de carbono , no centro do segundo período.

O átomo de carbono tem quatro elétrons no último nível de energia. Graças à sua eletronegatividade média, é capaz de formar ligações com outros átomos de carbono, formar cadeias de diferentes formas e comprimentos, abertas ou fechadas, com ligações simples, duplas ou triplas no interior.

Da mesma forma, a eletronegatividade média do átomo de carbono permite formar ligações com outros átomos que não o carbono, como eletropositivo (hidrogênio) ou eletronegativo (oxigênio, nitrogênio, enxofre, entre outros).

Essa propriedade de ligação permite que uma classificação de carbonos seja estabelecida em primário, secundário, terciário ou quaternário, dependendo do número de carbono ao qual está ligado. Esse sistema de classificação é independente do número de valências envolvidas no link.

Classificação e funções

As moléculas orgânicas são classificadas em quatro grandes grupos: proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos. Vamos descrevê-los em detalhes abaixo:

-Proteínas

As proteínas constituem o grupo de moléculas orgânicas melhor definidas e caracterizadas pelos biólogos. Esse amplo conhecimento se deve principalmente à facilidade intrínseca que existe para ser isolada e caracterizada – em comparação com o restante das três moléculas orgânicas.

As proteínas desempenham uma série de papéis biológicos extremamente amplos. Eles podem servir como transporte, moléculas estruturais e até catalíticas. Este último grupo é composto de enzimas.

Blocos estruturais: aminoácidos

Os blocos estruturais das proteínas são aminoácidos. Na natureza, encontramos 20 tipos de aminoácidos , cada um com suas propriedades físico-químicas bem definidas.

Essas moléculas são classificadas como alfa-aminoácidos, porque possuem um grupo amino primário e um grupo ácido carboxílico como substituinte no mesmo átomo de carbono. A única exceção a essa regra é o aminoácido prolina, que é catalogado como um alfa-iminoácido pela presença de um grupo amino secundário.

Para formar proteínas, é necessário que esses “blocos” polimerizem, e eles fazem isso formando uma ligação peptídica. A formação de uma cadeia de proteínas envolve a eliminação de uma molécula de água por ligação peptídica. Este link é representado como CO-NH.

Além de fazer parte das proteínas, alguns aminoácidos são considerados metabólitos energéticos e muitos deles são elementos nutricionais essenciais.

Propriedades de aminoácidos

Cada aminoácido tem sua massa e sua aparência média em proteínas. Além disso, cada um tem um valor de pK do ácido alfa-carboxílico, dos grupos alfa-amino e do grupo lateral.

Os valores de pK dos grupos ácido carboxílico são de cerca de 2,2; enquanto os grupos alfa-amino têm valores de pK próximos de 9,4. Essa característica leva a uma característica estrutural típica dos aminoácidos: no pH fisiológico, ambos os grupos estão na forma de um íon.

Quando uma molécula carrega grupos carregados com polaridades opostas, eles são chamados de íons dipolo ou zwitterões. Portanto, um aminoácido pode atuar como um ácido ou como uma base.

A maioria dos aminoácidos alfa possui pontos de fusão próximos de 300 ° C. Eles se dissolvem mais facilmente em ambientes polares, em comparação com sua solubilidade em solventes não polares. A maioria é bastante solúvel em água.

Estrutura proteica

Para poder especificar a função de uma proteína específica, é necessário determinar sua estrutura, isto é, a relação tridimensional que existe entre os átomos que compõem a proteína em questão. Quatro níveis de organização de sua estrutura foram determinados para proteínas:

Estrutura primária : refere-se à sequência de aminoácidos que forma a proteína, excluindo qualquer conformação que suas cadeias laterais possam suportar.

Estrutura secundária : é formada pelo arranjo espacial local dos átomos do esqueleto. Novamente, a conformação das cadeias laterais não é levada em consideração.

Estrutura terciária : refere-se à estrutura tridimensional de toda a proteína. Embora possa ser difícil estabelecer uma divisão clara entre a estrutura terciária e secundária, conformações definidas (como a presença de hélices, pás dobradas e giros) são usadas para designar exclusivamente as estruturas secundárias.

Estrutura quaternária : aplicada às proteínas formadas por várias subunidades. Ou seja, por duas ou mais cadeias polipeptídicas individuais. Essas unidades podem interagir por meio de forças covalentes ou por ligações dissulfeto. O arranjo espacial das subunidades determina a estrutura quaternária.

-Carboidratos

Carboidratos, carboidratos ou sacáridos (das raízes gregas sakcharón, que significa açúcar) são a classe mais abundante de moléculas orgânicas em todo o planeta Terra.

Sua estrutura pode ser inferida a partir do nome “carboidratos”, pois são moléculas com a fórmula (CH 2 O) n , onde n é maior que 3.

As funções dos carboidratos são variadas. Um dos principais é do tipo estrutural, principalmente em plantas. No reino vegetal , a celulose é seu principal material estrutural, o que corresponde a 80% do peso seco do corpo.

Outra função relevante é o seu papel energético. Os polissacáridos , tais como amido e glicogénio, são importantes fontes de reservas de nutrientes.

Classificação

As unidades básicas de carboidratos são monossacarídeos ou açúcares simples. Estes são derivados de aldeídos ou cetonas de cadeia linear e álcoois poli-hídricos.

Eles são classificados de acordo com a natureza química de seu grupo carbonil em aldoses e cetoses. Eles também são classificados de acordo com o número de carbonos.

Os monossacarídeos se agrupam para formar oligossacarídeos, freqüentemente encontrados em associação com outros tipos de moléculas orgânicas, como proteínas e lipídios. Estes são classificados em homopolissacarídeos ou heteropolissacarídeos, dependendo de serem compostos dos mesmos monossacarídeos (o primeiro caso) ou de serem diferentes.

Além disso, eles também são classificados de acordo com a natureza do monossacarídeo que os compõe. Os polímeros de glicose são chamados glucanos, os formados por galactose são chamados galactanos e assim por diante.

Os polissacarídeos têm a particularidade de formar cadeias lineares e ramificadas, uma vez que as ligações glicosídicas podem ser formadas com qualquer um dos grupos hidroxila encontrados no monossacarídeo.

Quando um número maior de unidades de monossacarídeos está associado, falamos sobre polissacarídeos.

-Lípidos

Os lipídios (do grego lipos, que significa gordura) são moléculas orgânicas insolúveis em água e solúveis em solventes inorgânicos, como o clorofórmio. Estes constituem gorduras, óleos, vitaminas, hormônios e membranas biológicas.

Classificação

Ácidos graxos : são ácidos carboxílicos com cadeias formadas por hidrocarbonetos de comprimento considerável. Fisiologicamente, é raro encontrá-los livres, pois na maioria dos casos eles são esterificados.

Em animais e plantas, freqüentemente os encontramos em sua forma insaturada (formando ligações duplas entre carbonos) e poliinsaturados (com duas ou mais ligações duplas).

Triacilgliceróis : também chamados triglicerídeos ou gorduras neutras, constituem a maioria das gorduras e óleos presentes em animais e plantas. Sua principal função é armazenar energia nos animais. Estes possuem células especializadas para armazenamento.

Eles são classificados de acordo com a identidade e posição dos resíduos de ácidos graxos. Geralmente, os óleos vegetais são líquidos à temperatura ambiente e são mais ricos em resíduos de ácidos graxos com ligações duplas e triplas entre seus carbonos.

Por outro lado, as gorduras animais são sólidas à temperatura ambiente e não o número de carbonos insaturados é baixo.

Glicerofosfolípides : também conhecidos como fosfoglicerídeos, são os principais componentes das membranas lipídicas.

Os glicerofosfolípides têm uma “cauda” com características apolares ou hidrofóbicas e uma “cabeça” polar ou hidrofílica. Essas estruturas são agrupadas em uma bicamada, com as caudas apontando para dentro, para formar as membranas. Nestes, uma série de proteínas são incorporadas.

Esfingolipídeos : são lipídios encontrados em quantidades muito baixas. Eles também fazem parte das membranas e são derivados da esfingosina, di-hidrosfingosina e suas contrapartes.

Colesterol : nos animais, é um componente predominante das membranas, que modifica suas propriedades, como a fluidez. Também está localizado nas membranas das organelas celulares. É um precursor importante dos hormônios esteróides, relacionado ao desenvolvimento sexual.

-Ácidos nucléicos

Os ácidos nucléicos são DNA e os diferentes tipos de RNA existentes. O DNA é responsável pelo armazenamento de todas as informações genéticas, o que permite o desenvolvimento, crescimento e manutenção de organismos vivos.

O RNA, por outro lado, participa da passagem da informação genética codificada no DNA para as moléculas de proteína. Classicamente, três tipos de RNA são distinguidos: mensageiro, transferência e ribossômico . No entanto, existem vários pequenos RNAs que possuem funções reguladoras.

Blocos estruturais: nucleotídeos

Os blocos estruturais dos ácidos nucleicos, DNA e RNA, são nucleotídeos. Quimicamente, são ésteres de fosfato de pentoses, nos quais uma base de nitrogênio se liga ao primeiro carbono. Podemos distinguir entre ribonucleotídeos e desoxirribonucleotídeos.

Essas moléculas são planas, aromáticas e heterocíclicas. Quando o grupo fosfato está ausente, o nucleotídeo é renomeado nucleosídeo.

Além de seu papel como monômeros em ácidos nucléicos, essas moléculas são biologicamente onipresentes e participam de um número significativo de processos.

O trifosfato de nucleosídeo é um produto rico em energia, como o ATP, e é usado como moeda energética das reações celulares. Eles são um componente importante das coenzimas NAD + , NADP + , FMN, FAD e coenzima A. Finalmente, são elementos reguladores de diferentes vias metabólicas.

Exemplos

Existem inúmeros exemplos de moléculas orgânicas. Os mais proeminentes e estudados pelos bioquímicos serão discutidos abaixo:

Hemoglobina

A hemoglobina, o pigmento vermelho no sangue, é um dos exemplos clássicos de proteínas. Graças à sua ampla difusão e fácil isolamento, é uma proteína estudada desde os tempos antigos.

É uma proteína formada por quatro subunidades e, portanto, entra na classificação tetramérica, com duas unidades alfa e duas beta. As subunidades da hemoglobina estão relacionadas a uma pequena proteína responsável pela captação de oxigênio no músculo: a mioglobina.

O grupo heme é um derivado de porfirina. Isso caracteriza a hemoglobina e é o mesmo grupo encontrado nos citocromos. O grupo heme é responsável pela cor vermelha característica do sangue e é a região física onde cada monômero de globina se liga ao oxigênio.

A principal função dessa proteína é o transporte de oxigênio do órgão responsável pelas trocas gasosas – chamadas pulmões, brânquias ou pele – para os capilares, a serem utilizados na respiração.

Celulose

A celulose é um polímero linear composto por subunidades D-glicose, ligadas por ligações do tipo beta 1,4. Como a maioria dos polissacarídeos, eles não têm um tamanho máximo limitado. No entanto, eles têm em média cerca de 15.000 resíduos de glicose.

É o componente das paredes celulares das plantas. Graças à celulose, elas são rígidas e permitem lidar com o estresse osmótico. Da mesma forma, em plantas maiores, como árvores, a celulose oferece suporte e estabilidade.

Embora esteja predominantemente relacionado a vegetais, alguns animais chamados tunicados têm celulose em sua estrutura.

Estima-se que uma média de 10 a 15 kg de celulose seja sintetizada – e degradada – por ano.

Membranas biológicas

As membranas biológicas são compostas principalmente por duas biomoléculas, lipídios e proteínas. A conformação espacial dos lipídios é em forma de bicamada, com caudas hidrofóbicas apontando para dentro e cabeças hidrofílicas para fora.

A membrana é uma entidade dinâmica e seus componentes passam por movimentos frequentes.

Referências

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