Podemos analisar os seres vivos a partir de diferentes escalas ou níveis de organização. Todos os organismos vivos são formados por células, que por sua vez são formadas por inúmeras moléculas. Neste artigo vamos explorar os tipos de moléculas que podem ser encontradas nos seres vivos. De maneira geral essas moléculas podem ser divididas em duas categorias distintas:
- Moléculas inorgânicas → água e sais minerais
- Moléculas orgânicas → carboidratos, lipídios, proteínas, ácidos nucleicos e vitaminas
Em geral moléculas inorgânicas são pequenas e simples, ao contrário das moléculas orgânicas que são grandes e complexas. O termo “orgânica” pode gerar um pouco de confusão. Antigamente os químicos acreditavam que as moléculas orgânicas eram produzidas exclusivamente por organismos vivos, por isso o nome. Porém, no começo do século 19 o químico alemão Friedrich Wöhler conseguiu sintetizar ureia (uma substância orgânica produzida por alguns animais) em seu laboratório, a partir de substâncias inorgânicas, provando que moléculas orgânicas também podem ser criadas artificialmente.
Hoje, por definição, uma molécula orgânica tem como elemento químico principal o carbono, muitas vezes apresentando cadeias com vários átomos de carbono. Por isso dizemos que a vida, como a conhecemos, é baseada em carbono.
OBSERVAÇÃO: não confundir com o termo “orgânico” aplicado aos alimentos produzidos sem o uso de agrotóxicos, adubos químicos ou transgênicos.
Água
A água no estado líquido é condição obrigatória para a existência de seres vivos. Por isso o grande interesse dos astrobiólogos na descoberta de água em outros planetas. A água é fundamental pois é um ótimo solvente e favorece a ocorrência das reações químicas necessárias para manter um organismo vivo.
Alguns seres vivos, como as águas-vivas, são formados por 98% de água! Outros, como algumas sementes, podem conter menos de 15% de água. Humanos apresentam cerca de 63% de água, mas essa proporção varia conforme o sexo e a idade. A proporção de água também varia de acordo com a taxa metabólica (ou seja, o grau de atividade) de cada órgão. O fígado e o cérebro humanos, por exemplo, apresentam maior porcentagem de água que os ossos.
Sais minerais
Existem muitos tipos de sais minerais, com as mais diversas funções nos seres vivos. Uma vez dentro dos organismos, os sais minerais podem estar:
- Dissolvidos → Neste caso são encontrados na forma de íons e são extremamente importantes para o funcionamento das células. Alguns sais minerais estão presentes em moléculas de hormônios, enzimas e proteínas (como o magnésio, que faz parte da clorofila, e o ferro, presente na hemoglobina). Outros sais minerais são responsáveis pela condução dos impulsos nervosos nos neurônios, participam do processo de contração muscular, mantêm o pH do sangue estável ou permitem a condução de água para nossas células. Esses sais minerais são chamados de “eletrólitos” e são obtidos por meio da alimentação. Quando um organismo perde uma quantidade muito grande de líquidos corporais (por exemplo devido à diarreia, vômitos, suor ou urina em excesso), pode ocorrer um desequilíbrio eletrolítico, com consequencias muito sérias para o organismo. Em casos de desidratação, os eletrólitos podem ser repostos mais rapidamente por meio da aplicação de soro fisiológico diretamente nas veias ou pela ingestão de bebidas tipo gatorade.
- Imobilizados → São sais minerais presentes em moléculas estruturais. O cálcio é um ótimo exemplo: está presente no fosfato de cálcio (componente dos ossos) e no carbonato de cálcio (abundante em conchas e cascas de ovos).
Carboidratos
Também conhecidos como “açúcares” (embora nem todos sejam doces), os carboidratos são substâncias relacionadas principalmente com o fornecimento de energia para os seres vivos, tais como a glicose, a sacarose, o amido e o glicogênio. Alguns carboidratos também têm função estrutural (tais como a celulose e a quitina) e outros combinam-se com outras substâncias para formar as complexas moléculas de DNA e RNA.
A seguinte classificação separa os carboidratos segundo o tamanho de suas moléculas:
- Monossacarídeos → Pequenas moléculas com 3 a 7 carbonos. Exemplos:
– Pentoses (com 5 carbonos, como a ribose e a desoxirribose presentes respectivamente no RNA e no DNA)
– Hexoses (com 6 carbonos, como a glicose, a frutose e a galactose) - Dissacarídeos → São carboidratos formados pela combinação de dois monossacarídeos. Exemplos:
– Sacarose = glicose + frutose
– Lactose = glicose + galactose
– Maltose = glicose + glicose - Polissacarídeos → São grandes moléculas formadas por diferentes combinações de muitos monossacarídeos. Exemplos:
– Amido = muitas moléculas de glicose
– Celulose = muitas moléculas de glicose
– Glicogênio = muitas moléculas de glicose
Experimentos relacionados:
– Detecção de amido nos alimentos
– Digestão do amido pela amilase salivar
Lipídios
Conhecidos popularmente como “gorduras”, são substâncias caracterizadas por sua baixa solubilidade em água. Seu papel biológico mais conhecido é o de servir como reserva energética para os seres vivos, mas existem lipídios que desempenham outras funções. Os lipídios podem ser classificados em três grupos:
- Lipídios simples → São os óleos, as gorduras e as ceras.
- Lipídos compostos → Exemplo: fosfolipídios (componentes das membranas celulares)
- Esteroides → Exemplos: colesterol (componente das membranas celulares) e hormônios como a testosterona, a progesterona e o estradiol.
Óleos e gorduras são compostos formados por uma molécula de álcool (o glicerol) ligada à uma, duas ou três moléculas ácidos graxos, sendo chamados de glicerídeos. Óleos são líquidos a temperatura ambiente pois contêm maior proporção de ácidos graxos insaturados (que possuem ligações duplas). Gorduras são sólidas a temperatura ambiente pois contêm maior proporção de ácidos graxos saturados.
A manteiga, por exemplo, é formada principalmente por triglicerídeos (ou seja, glicerídeos com três ácidos graxos). Ao longo do tempo, devido ao processo natural de degradação, alguns ácidos graxos vão sendo separados dos triglicerídos que formam a manteiga, tornando-se ácidos graxos livres. O problema é que ácidos graxos livres têm um sabor e um cheiro desagradável, razão pela qual a manteiga torna-se rançosa.
Proteínas
As proteínas são macromoléculas formadas por uma sequência de aminoácidos interligados. Os aminoácidos recebem esse nome pois são moléculas formadas por um grupo amina (
), um grupo carboxila (
, que é ácido) e um radical variável. Sabe-se da existência de 20 aminoácidos na natureza, com os quais são construídas todas as proteínas presentes nos organismos vivos.
Todos os aminoácidos conhecidos são produzidos pelos vegetais, mas os animais somente conseguem produzir alguns aminoácidos, os demais precisam ser obtidos por meio da alimentação. Humanos conseguem produzir 12 aminoácidos (chamados de “não essenciais”) e precisam consumir os outros 8 tipos de aminoácidos (chamados “essenciais”). Na falta de um único tipo de aminoácido, a produção de proteínas será prejudicada.
Cada proteína é formada por uma sequência única de aminoácidos, que são conectados por meio de ligações peptídicas. Essa cadeia de aminoácidos ligados representa a estrutura primária da proteína. A cadeia de aminoácidos encontra-se, por sua vez, torcida em forma de hélice, dando origem a estrutura secundária da proteína. O enovelamento desta hélice dá origem à estrutura terciária da proteína.
O enovelamento das proteínas não é aleatório. Cada dobra depende da maneira como os aminoácidos em cadeia interagem entre si, formando uma estrutura tridimensional que é idêntica em proteínas iguais (ou seja, com a mesma sequência de aminoácidos). Esta estrutura permite que cada proteína exerça sua função adequadamente.
As proteínas somente exibem sua estrutura terciária correta quando estão sob temperatura e pH adequados. Caso a proteína seja submetida à altas temperaturas ou grandes variações de pH, perderá sua estrutura terciária, num processo chamado desnaturação. Proteínas desnaturadas ficam deformadas e não conseguem desempenhar suas funções. Um exempo do processo de desnaturação é o que acontece ao cozinharmos um ovo: a clara (formada pela proteína albumina, que é viscosa e quase transparente) torna-se sólida, branca e opaca após o cozimento.
As proteínas desempenham um grande número de funções nos organismos vivos. Muitas delas são estruturais, como o colágeno e a queratina. Algumas proteínas são chamadas de enzimas e funcionam como catalisadoras de reações químicas que ocorrem nos organismos. Sob condições normais, essas reações aconteceriam tão lentamente que impossibilitariam o metabolismo celular. No entanto, na presença de enzimas, estas reações acontecem em velocidades impressionantes. Também existem proteínas que constituem os anticorpos, essenciais para o funcionamento do sistema imunológico.
Experimento relacionado:
– Ação da enzima catalase
Ácidos nucleicos
Descobertos há pouco mais de 100 anos, os ácidos nucleicos (DNA e RNA) permitem a transmissão da herança genética e são a chave para a construção das proteínas que constituem os organismos. Antigamente acreditava-se que os ácidos nucleicos estavam presentes apenas no núcleo das células, por isso o nome. Hoje sabemos que eles podem estar presentes também no citoplasma, dentro de algumas organelas (como as mitocôndrias e os cloroplastos) e em células procariontes (que não apresentam núcleo individualizado).
Os ácidos nucleicos são formados por sequencias de nucleotideos (ou seja, são polinucleotídeos). Cada nucleotídeo é formado por três moléculas:
- Base nitrogenada → Existem cinco tipos (adenina, guanina, citosina, uracila e timina)
- Grupo fosfato → É um derivado do ácido fosfórico e é sempre o mesmo em todos os nucleotídeos
- Pentose → Monossacarídeo com 5 carbonos, podendo ser uma ribose (no RNA) ou uma desoxirribose (no DNA)
O grupo fosfato e as pentoses dos nucleotídeos em sequência se unem formando um esqueleto. As bases nitrogenadas formam “degraus”. No DNA existem duas cadeias polinucleotídicas entrelaçadas, formando uma dupla-hélice. No RNA há apenas uma cadeia polinucleotídica. A sequência das bases nitrogenadas guarda as informações necessárias para sintetizar proteínas e garantir o funcionamento, assim como a duplicação, das células.
Vitaminas
Vitaminas são diversas moléculas orgânicas necessárias em pequenas quantidades para o funcionamento dos seres vivos. Elas são essenciais (ou seja, não são sintetizadas pelo organismo em questão) e precisam ser adquiridas por meio da alimentação. As vitaminas funcionam como catalisadoras e fazem parte de várias vias bioquímicas. Nos seres humanos são reconhecidas 13 vitaminas: A, B (8 tipos), C, D, E e K.