Facebook do Portal São Francisco Google+
+ circle
Home  Bioquímica - Página 3  Voltar

Bioquímica

Um histórico de mudanças evolucionárias

Os organismos mudam suas estratégias de vida herdadas para sobreviverem a novas circunstâncias. O resultado de eras de evolução (Teoria da Evolução de C. Darwin) é uma enorme diversidade de formas de vida, superficialmente muito diferentes mas fundamentalmente relacionadas através de um ancestral comum. Muito embora sejam verificadas essas propriedades comuns e, como conseqüência, perceba-se a existência de uma unidade fundamental da vida, é importante reconhecer que só é possível fazer pouquíssimas generalizações a respeito dos organismos vivos aplicáveis a todos eles e sob quaisquer condições; há uma enorme diversidade de formas vivas. A variação de habitat nos quais os organismos vivem, desde fontes termais quentes até tundra ártica, de intestinos de animais a dormitórios de residências estudantis, é acompanhada por uma variação igualmente ampla de adaptações bioquímicas específicas. Essas adaptações são integradas dentro do padrão químico fundamental compartilhado por todos os organismos. Embora as generalizações não sejam perfeitas, elas permanecem úteis. De fato, as exceções geralmente iluminam as generalizações científicas.

3 A LÓGICA MOLECULAR DA VIDA

3.1 O que denominamos lógica molecular da vida?

Como já foi definido no início, a Bioquímica é a ciência que estuda os metabólitos primários (carboidratos, lipídios, aminoácidos etc.) e as reações químicas envolvendo esses metabólitos para tentar explicar como a vida funciona, a partir da linguagem da química. Em outras palavras, o que a bioquímica estuda é a química que acontece nos organismos vivos. Para isso, precisamos falar de moléculas, de íons, de misturas, soluções, à medida que estivermos interessados em estudar as células e seus processos, tais como a obtenção de energia, a formação de novas substâncias dentro dessas células e a replicação celular, que permite a reprodução das espécies. Sabemos que uma célula é a menor unidade morfofisiológica de um ser vivo. Ela é uma estrutura complexa, separada do exterior por uma membrana (membrana plasmática) constituída por lipídios, proteínas e carboidratos, na forma de grandes moléculas (macromoléculas) numa estrutura denominada bicamada fosfolipoprotéica; um interior cheio de organelas, líquidos e milhares de moléculas de vários tamanhos e íons, todos dissolvidos ou dispersos (citoplasma); e, em algumas células, também há um núcleo onde se encontra o material genético (figuras 1-3 e 1-4). Ou seja, se observarmos atentamente, uma célula é, na verdade, um conjunto de milhares de moléculas dos mais variados tipos e tamanhos, e um conjunto de íons, todos organizados de tal maneira a permitirem uma precisa e imbricada organização e funcionamento que resulta na vida, com todas as suas características, como já citadas nas páginas anteriores.

Bioquímica
Figura 1-3 – Desenho esquemático de uma célula animal, em que se observam as principais organelas. Estão mostradas as três divisões básicas de uma célula, ou seja, membrana plasmática, citoplasma e núcleo

Bioquímica
Figura 1-4 – A membrana plasmática é uma estrutura formada por fosfolipídios organizados na forma de bicamada, apresentando também moléculas de carboidratos e de proteínas

Todas essas estruturas mostradas nas figuras anteriores (figuras 1-3 e 1-4) são resultantes, em última análise, das ligações químicas existentes entre os átomos, e das interações entre as moléculas e os íons. Portanto, para entendermos bem a estrutura e o funcionamento celular, precisamos obrigatoriamente estudar sua química.

Porém, depois de todas essas considerações feitas até aqui, surge uma pergunta: Como será que essas milhares de diferentes substâncias químicas sem vida podem dar origem a um organismo vivo? Se você juntar açúcar, óleo de panela e gorduras animais, sal, água, aminoácidos de suplementos alimentares e todos os demais componentes que existem em uma célula, você não será capaz de produzir uma célula. O açúcar de mesa (sacarose) que é um carboidrato não tem vida! Também não tem vida o óleo de panela, nem o sal de cozinha. Mas todas essas substâncias estão presentes nas células e resultam na vida celular! A grande questão da Bioquímica é saber como as milhares de biomoléculas geram as marcantes propriedades características dos organismos vivos. Como dito, quando estas moléculas estão isoladas e são examinadas individualmente, elas se comportam como toda e qualquer molécula, segundo leis físicas e químicas que descrevem o comportamento da matéria inanimada (sem vida). Porém, quando juntas, elas interagem de acordo com um outro conjunto de princípios que podem ser chamados, coletivamente, de lógica molecular da vida. Esses princípios são, na verdade, conseqüências das mesmas leis físicas e químicas, e emergem do conjunto de relacionamentos característicos da natureza, função e interação dessas biomoléculas. Se os organismos vivos são formados por moléculas intrinsecamente inanimadas, como é possível essas moléculas exibirem a extraordinária combinação de características que chamamos de vida? Como pode ser que um organismo vivo pareça ser mais do que a simples soma de suas partes inanimadas? Os filósofos, uma vez, propuseram que que os organismos vivos seriam dotados de uma força vital divina e misteriosa, mas esta doutrina (vitalismo) não encontra lugar na ciência moderna. Como visto, existe um princípio de funcionamento da vida que, apesar de ser resultante das mesmas leis físicas e químicas que atuam sobre todas as biomoléculas, vai um pouco além e não pode ser simplesmente deduzido daquelas leis. É esse princípio que estamos chamando de lógica molecular da vida. A Bioquímica descreve, em termos moleculares, as estruturas, os mecanismos e os processos compartilhados por todos os organismos, e fornece princípios de organização que estão por traz da vida em todas as suas diversas formas; os mesmo princípios que regem o comportamento das biomoléculas sem vida mas que, atuando conjuntamente, formam a vida, como já mencionado. A lógica molecular da vida. A maioria dos constituintes moleculares dos sistemas vivos são compostos de átomos de carbono unidos covalentemente a outros átomos de carbono e a átomos de hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. As propriedades especiais de ligação do carbono permitem a formação de uma grande variedade de moléculas. Os compostos orgânicos de massa molecular (MM) menor que aproximadamente 500, como aminoácidos, nucleotídeos e monossacarídeos, servem como subunidades monoméricas de proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos, respectivamente. Uma única molécula protéica pode ter 1.000 ou mais aminoácidos e o ácido desoxirribonucléico tem milhões de nucleotídeos.

Para ilustrar, vamos fazer uma comparação bem grosseira: suponha que você precisa construir uma parede. Para isso, serão necessários os tijolos. Se a parede for uma proteína, os tijolos dessa parede serão os aminoácidos. Cada célula da bactéria Escherichia coli (E. coli) contém mais de 6.000 diferentes tipos de compostos orgânicos, incluindo perto de 3.000 proteínas diferentes e um número similar de moléculas de ácidos nucléicos. Em humanos pode haver dezenas de milhares de tipos diferentes de proteínas, assim como muitos tipos de polissacarídeos (cadeias de carboidratos simples), uma grande variedade de lipídios e muitos outros compostos de peso molecular menor. Purificar e caracterizar exatamente todas essas moléculas seria um trabalho insuperável se não fosse o fato de cada classe de macromoléculas (proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos) ser composta de um pequeno conjunto de subunidades monoméricas comuns. Estas subunidades monoméricas podem ser unidas covalentemente em uma variedade praticamente ilimitada de seqüências, exatamente como as 23 letras do alfabeto podem ser arranjadas em um número ilimitado de palavras, sentenças ou livros.

3.2 DNA, RNA, Nucleotídeos e Proteínas

O DNA (ácido desoxirribonucléico) é o responsável pelas características hereditárias que são passadas de pais para filhos durante da reprodução, bem como pelo controle da duplicação e funcionamento celular. Os ácidos desoxirribonucléicos são construídos de apenas quatro diferentes tipos de unidades monoméricas simples, chamados desoxirribonucleotídeos, e os ácidos ribonucléicos (RNA) são compostos por apenas quatro tipos dessas unidades, chamadas ribonucleotídeos. Tantos os desoxirribonucleotídeos como os ribonucleotídeos são chamados simplificadamente de nucleotídeos. São, ao todo, oito nucleotídeos, sendo quatro do tipo desoxirribonucleotídeos e quatro do tipo ribonucleotídeos. Os nucleotídeos são ligados uns aos outros, em cadeias enormes, para formarem os ácidos nucléicos, ou seja, o DNA ou o RNA. Assim, podemos dizer que os ácidos nucléicos são polímeros de nucleotídeos.

Será visto mais à frente que uma única molécula de nucleotídeo é, na verdade, formada por três moléculas menores: um carboidrato, uma base nitrogenada e um grupo fosfato! As proteínas são compostas de 20 tipos diferentes de aminoácidos. Os aminoácidos ligam-se uns aos outros para formarem longas cadeias, que formam uma proteína. Assim, podemos dizer que a proteína é um polímero de aminoácidos. Os oito tipos de nucleotídeos com os quais todos os ácidos nucléicos são construídos e mais os 20 tipos de aminoácidos com os quais todas as proteínas são construídas, são idênticos em todos os organismos vivos.

3.3 A versatilidade das biomoléculas pequenas

A maioria das subunidades monoméricas com as quais todas as macromoléculas são construídas exercem mais de uma função nas células vivas, ou seja, são versáteis. Os nucleotídeos servem não apenas como subunidades para a síntese dos ácidos nucléicos, mas também como moléculas transportadoras de energia. Os aminoácidos são subunidades das moléculas protéicas e também precursores de neurotransmissores, pigmentos e muitos outros tipos de biomoléculas.

Destas considerações é possível destacar alguns dos princípios da lógica molecular da vida:

Todos os organismos vivos têm os mesmos tipos de subunidades monoméricas

A estrutura das várias macromoléculas biológicas revela a existência de modelos básicos comuns

A identidade de cada organismo é preservada pela posse de conjuntos característicos de ácidos nucléicos e proteínas.

3.4 DNA: A estrutura responsável pela reprodução quase perfeita da vida

Uma das mais importantes características da vida é a capacidade que os organismos e células têm de se reproduzirem com fidelidade quase perfeita por incontáveis gerações. O filho guarda os caracteres do(s) progenitor(es), que são passados à geração seguinte, e a informação que permitirá a expressão desses caracteres está contida no interior das células. A descoberta da natureza química e estrutural do DNA figura como uma das mais importantes descobertas da biologia. O DNA é um polímero orgânico, longo e fino, formado por um número muito grande de unidades poliméricas menores denominadas nucleotídeos.

Cada nucleotídeo é constituído por três diferentes compostos: um açúcar de cinco átomos de carbono (pentose), uma base nitrogenada (nucleotídeo) e um grupo fosfato. Há quatro diferentes tipos de bases nitrogenadas na molécula de DNA e a pentose é uma ribose que perdeu um átomo de oxigênio (desoxirribose); devido a isso, os nucleotídeos do DNA são também chamados desoxirribonucleotídeos. Os nucleotídeos ligam-se um ao outro através do grupo fosfato que atua como ponte, dando origem a uma seqüência linear precisa, que constitui uma das metades do DNA (uma fita). É esta seqüência linear que codifica a informação genética. No DNA, duas fitas ligam-se entre si através de ligações hidrogênio (pontes de hidrogênio) entre a base nitrogenada de uma fita e sua base nitrogenada complementar na outra fita. O conjunto está organizado de tal maneira a gerar uma estrutura tridimensional no formato de dupla hélice (Fig. 1-5).

voltar 12345avançar
Sobre o Portal | Política de Privacidade | Fale Conosco | Anuncie | Indique o Portal