Composição Química: Elementos, Substâncias Inorgânicas e Orgânicas


Elementos  químicos

É necessário conhecer os principais elementos quí­micos e as substâncias que compõem a matéria viva para se entender todas as etapas metabólicas realizadas na unidade funcional dos seres vivos – a célula. Em relação aos elementos químicos, os mais impor­tantes são: hidrogênio, carbono, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre.

Composição Química

Substâncias  químicas

As substâncias químicas que compõem a célula são divididas em duas categorias: inorgânicas e or­gânicas. As substâncias orgânicas apresentam em suas mo­léculas o elemento carbono ou são formadas por cadei­as carbônicas, o que não ocorre nas substâncias inorgâ­nicas. Existem também substâncias denominadas de com­postos de transição – monóxido do carbono (CO), áci­do cianídrico (HCN) e dióxido de carbono (CO2).

Substâncias inorgânicas

Água

A água é a substância mais abundante nos seres vivos e no meio ambiente. Existem três fatores que determinam a quantidade de água nos seres vivos: metabolismo – quanto maior a atividade metabólica do tecido, maior a quantidade de água nele presente, ou seja, a quantidade de água é diretamente propor­cional à atividade metabólica; idade — quanto menor a idade, é proporcionalmente maior a quantidade de água; espécies – organismos de diferentes espécies são formados por quantidades diferentes de água.

Características da água

Esquema da molécula da água
•         Molécula polar – a disposição dos átomos não é linear e estabelece uma zona positiva de um lado e outra negativa na posição oposta.
•         Solvente universal – a água tem um grande po­der de dissolução e, por isso, é considerada sol­vente universal. As substâncias solúveis em água são chamadas de hidrofílicas, como substâncias orgânicas polares e sais minerais. As substâncias apoiares são denominadas de hidrófobas por não
conseguirem se dissolver na água.

Sais minerais

Os sais minerais podem ser encontrados nos seres vivos na forma molecular – como o fosfato de cálcio -ou dissolvidos na forma iônica. Veja a tabela a seguir.

Podem-se listar algumas funções específicas desses sais:
•         cálcio – coagulação e contração muscular.
•         magnésio – componente da clorofila.
•         ferro – componente da hemoglobina e da mioglobina.
•         sódio e potássio – transmissão de impulsos ner­vosos.

Substâncias orgânicas

Muitas substâncias orgânicas são macromoléculas, isto é, polímeros. Os biopolímeros são constituídos por unidades menores, os monômeros, que se unem por reações de condensação. Esse processo se repete suces­sivamente, formando novos biopolímeros.

Carboidratos  (hidratos de carbono – glicídios)

Os carboidratos são substâncias orgânicas ternárias, isto é, são formados pelos elementos químicos carbono. São definidos, quimicamente, como polihidróxi-cetonas (cetoses) ou poli-hidróxialdeídos (aldoses), ou seja, tratam-se de compostos or­gânicos com pelo menos três carbonos, dos quais a maioria apresenta uma hidroxila, com exceção de um, que tem um grupo aldeído (carbonila primária) ou um grupo cetona (carbonila secundária).
Podem-se classificar os carboidratos em três grupos: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

Monossacarídeos ou oses

Os monossacarídeos ou oses são carboidratos sim­ples e não podem ser hidrolisados, isto é, não se que­bram com o acréscimo da molécula de água. É possível estabelecer que a fórmula geral dos monossacarídeos é (Cn (H2O)n), em que n é no mínimo 3 e, no máximo, 8.
Trioses – três carbonos: C^H.O,.
Pentoses – cinco carbonos: ribose (C5H]0O5)  e desoxirribose (C5H,0O4)
Hexoses – seis carbonos: glicose, galactose e frutose (C6H1206)

Oligossacarídeos

Produzem uma pequena quantidade de monossacarí­deos por hidrólise, pois são formados pela união de dois a dez monossacarídeos (monômeros dos carboidratos). Os dissacarídeos representam o grupo mais impor­tante dos oligossacarídeos e resultam da união de duas oses, com a saída de uma molécula de água. Por esse motivo, podem ser digeridos (hidrólise) nos animais.

Observe alguns exemplos de dissacarídeos: maltose = glicose -f glicose (hidrólise do amido) sacarose = glicose + frutose (açúcar da cana e da be­terraba) lactose = glicose + galactose (presente no leite).

Polissacarídeos

Os polissacarídeos são macromoléculas que podem ser constituídas por inúmeros monossacarídeos, não são solúveis em água e não têm sabor adocicado.
Observe, a seguir, alguns exemplos de polissacarí­deos. Estrutural – celulose e quitina Reserva – amido e glicogênio.

Lipídios

Os lipídios são substâncias orgânicas ternárias apo­iares, que, por hidrólise, produzem ácidos graxos e álcool. Na constituição dessas substâncias, é predominante a presença de ésteres de ácidos graxos (monocarboxílicos de cadeia normal que contém um número par de átomos de carbono). A denominação éster aplica-se à união en­tre um ácido graxo e um álcool.

Eles são insolúveis em água, mas apresentam solu­bilidade em solventes orgânicos, como éter e benzina. As principais funções dos lipídios são: função hor­monal, isolante térmico, isolante elétrico, reserva ener­gética e proteção contra choques mecânicos.

Classificação dos lipídios

•         Lipídios simples  – são lipídios que, por hidró­lise, produzem ácido graxo e álcool.
•         Glicerídeos – são constituídos por uma mistura de ésteres de ácidos graxos e glicerol. Óleos, por exem­plo, têm cadeia carbônica insaturada e são líquidos à temperatura ambiente, ao passo que as gorduras, que apresentam cadeia carbônica saturada, em tem­peratura ambiente, encontram-se em estado sólido.

Lipídios complexos – quando são hidrolisados, liberam ésteres de ácidos graxos, álcool e um radical prostético. Os fosfolipídios são o exem­plo mais importante, pois constituem o principal componente das membranas celulares, onde for­mam uma dupla camada com proteínas distribu­ídas de forma aleatória.

Os fosfolipídios apresentam uma “cabeça” hidrofíli-ca (polar), que contém fósforo, e uma cauda formada por cadeias de ácidos graxos hidrófobos (apoiares).

Proteínas

As proteínas são substâncias quaternárias com áto­mos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e en­xofre. Elas têm massa molecular bastante elevada, pois são polímeros de aminoácidos (ácidos a aminoácidos), isto é, todos os aminoácidos apresentam um grupo carboxílico e um grupo amino ligados a um único átomo de car­bono, que recebe a denominação alfa (a).

Nessa representação do glicerol, podem-se ver, em vermelho, as hidroxilas. As reações de desidratação ocorrem onde vão entrar os três ácidos graxos, com a saída de três moléculas de água. Na representação a seguir, observe o glicerídeo (óleo) formado após a saída das moléculas de água e as duplas ligações indicadas pelas setas.

Cerídeos – são constituídos por uma mistura de ésteres de ácidos graxos superiores e monoálcoois superiores de cadeia mais longa que o glicerol. Servem de exemplo a cera de abelha e a carnaúba. Esterídeos – são formados por álcoois policíclicos – de cadeia fechada – denominados de esteróis, como o colesterol, que participa da compo­sição química da membrana plasmática da célula animal. Outra função dos esterídeos é atuar como substância precursora de hormônios: testosterna e progesterona.

R – cadeia lateral

A grande variedade de aminoácidos se deve às suas cadeias laterais; por isso, encontram-se, normalmente, vinte tipos de aminoácidos-padrão utilizados pelos seres vivos. A maneira como a natureza escolheu esse grupo de aminoácidos é um mistério relacionado à evolução, pois não existe nenhuma explicação óbvia para a exclu­são dos restantes.

Os aminoácidos podem ser naturais – logo após se­rem absorvidos no intestino, eles vão para o fígado, e alguns são transformados em outros tipos de aminoácido (essa capacidade de transformação é denominada transa-minação); semi-essenciais – o organismo produz em quantidades insatisfatórias; essenciais – o organismo sim­plesmente não consegue sintetizá-los.

Ligações peptídicas

Os aminoácidos sofrem ligações peptídicas. Elas ocorrem entre o grupo carboxila (-COOH) de um ami­noácido e o grupo amina (-NH2) de outro. As proteínas ou polipeptídios são chamados de polímeros de con­densação. As variedades das proteínas dependem de três fatores básicos: tipos, sequência e quantidade de aminoácidos.

Estrutura das proteínas

•         Primária – é uma sequência linear de aminoáci­dos iguais ou diferentes entre si.
•         Secundária – apresenta uma forma helicoidal mantida por pontes de hidrogênio formadas en­tre o -NH de um aminoácido e o de outro. Essa
configuração é denominada de alfa-hélice.
•         Terciária – é a projeção espacial da estrutura an­terior. Ela depende de ligações especiais que ocor­rem em pontos definidos da helicoidal. No amino­ácido cisteína, as ligações ocorrem com a partici­pação de átomos de enxofre (pontes de bissulfeto).
•         Quaternária – em determinadas situações, as mo­léculas de proteínas são muito grandes, pois são constituídas de várias outras cadeias menores, como a hemoglobina, que só é “ativa” quando tem estruturas terciárias e quaternárias bem definidas.

As proteínas podem ser classificadas em simples, complexas e derivadas. As simples são aquelas que, por hidrólise, produzem somente aminoácidos. As comple­xas, além de produzirem grande quantidade de aminoá­cidos, apresentam radicais prostéticos, isto é, substânci­as não proteicas. A denominação derivada deve-se ao fato de que, durante a quebra de proteínas integrais, surgem produtos proteicos intermediários. As proteínas e as enzimas podem sofrer desnatura­ção com alteração da temperatura e do pH.

Enzimas

Algumas proteínas apresentam capacidade enzimática e atuam na maioria das reações ocorridas nos seres vivos. As enzimas agem como catalisadores, mas são de natureza orgânica.

Vantagens
•         Diminuem a energia de ativação.
•         Contribuem para que uma reação química ocor­ra mais rapidamente.

Propriedades

A especificidade é explicada pelo fato de uma enzi­ma atuar somente sobre um determinado substrato. As enzimas apresentam um ou vários encaixes, denomina­dos sítios ativos, em que colocam os substratos. Esse mecanismo recebe o nome de chave x fechadura (Teo­ria de Fischer). A reversibilidade quer dizer que uma enzima pode agir nos dois sentidos da reação – no da síntese (anabolismo) ou no da quebra (catabolismo). Como as enzimas são proteínas, sofrem ação direta da alteração da temperatura, pH e concentração de subs­trato.