Biologia Molecular - Bioquímica (compostos inorgânicos)

As células são estruturas complexas e apresentam grande diversidade de formas e funções. Elas estão submetidas aos mesmos príncipios químicos e físicos que regem os sistemas não vivos. São capazes de reslizar uma série de atividades altamente especializadas tanto nos organismos unicelulares como nos pluricelulares.

Aspectos Químicos da célula =>

As inúmeras substâncias que fazem parte da composição química da célula podem ser classificadas em dois grupos: os componentes orgânicos e os componentes inorgânicos.

Componentes inorgânicos

(Água e Sais Minerais)

Água (H2O) - Substância abundante nas células (ocupa cerca de 70% do volume celular);

- A quantidade de água no organismo varia com a espécie e com a idade!

- É uma substância Polar: possui dois átomos de hidrogênios (cátion) ligados a um átomo de oxigênio (ânion);

- A água pura é chamada de Água Destilada e não é própria para consumo, pois pode causar diarréia entres outros.

Caracterísicas da Água:

• Pontes de Hidrogênio - é a atração eletrostática resultante entre o átomo de oxigênio de uma molécula de água e o átomo de hidrogênio de outra molécula de água, ou seja, é a ligação entre os átomos de hidrogênio e oxigênio de uma determinada molécula.
• Adesão - diz respeito a união das moléculas de H2O. Essas moléculas podem se unir a outras moléculas polares.
• Forças de Coesão - o conjunto das pontes de hidrogênio mantem coesas (unidas) as moléculas de água. Essa coesão determina a grande tensão superficial da água, por isso que certos insetos conseguem pousar sobre a água; devido a essa forte ligação entre as pontes de hidrogênio.

*OBS.: A Coesão e a Adesão são responsáveis por outra importante propriedade da água: a capilaridade.

• Capilaridade - Devido á prpriedade de adesão, a água adere á superfície interna dos capilares e tende a subir; assim as primeiras moléculas puxam as demais, pois elas estão firmemente unidas por coesão. Como essas forças são maiores que a força da gravidade atuante sobre a superfície da água dentro dos capilares, elas fazem com que a água suba. É exatamente por isso que, nas plantas, o xilema consegue subir das raízes até as folhas no alto da planta.
• Poder de dissolução - por ser uma substância Polar todas as outras substâncias, que sejam polares, podem se dissolver em água. É por esse motivo que ela é tida como Solvente Universal.
• Alto calor específico - a água funciona como regulador de calor, permitindo que a temperatura de um organismo permaneça relativamente constante, mesmo que a temperatura do ambiente varie.
• Alto calor de vaporização - é preciso uma grande quantidade de calor para romper um número suficiente de ligações de hidrogênio que permita movimentação maior e mais livres das moléculas de água. A quantidade necessária para que uma substância passe do estado líquido para o estado gasoso é conhecida por calor de vaporização.

*OBS.: A água é o único fluido que, ao congelar, se expande e se torna menos denso que a forma líquida.

Estudo da Água e dos Sais Minerais

As substâncias que se dissolvem na água são chamadas

Hidrofílicas (hidro= água, philus= amigo).

As substâncias que NÃO se dissolvem na água são chamadas

Hidrofóbicas (phobos= medo).

# A água participa de muitas reações químicas dentro da célula. Ex.:

--> Reações de síntese por desidratação: quando duas uo mais moléculas se unem e nesse

processo há liberação de molécula de água;

--> Reações de quebra por hidrólise (lise= quebra): quando uma molécula é quebrada em

duas, e nesse processo há entrada de molécula de água.

PATOLOGIAS LIGADAS A ÁGUA:

1. Degeneração Hidrópica: Acúmulo de água no interior da célula devido à lesão na membrana plasmática e alteração no funcionamento da bomba de Na e K;
2. Distúrbios Renais (Ex: Glomerulonefrite);
3. Distúrbios Hepáticos (Ex: Cirrose);
4. Retenção de Sais (Ex: Distúrbios Cardíacos);
5. Filariose (que é uma Parasitose);
6. Traumas Físicos (estes estão ligados a Hematose).

Sais Minerais - os sais minerais podem participar como constituintes de estruturas esqueléticas do corpo dos seres vivos, como é o caso do fosfato de cálcio, abundante nos ossos e nos dentes. Podem também ocorrer dissolvidos em água, caso em que eles dissociam íons, que são partículas com carga elétrica positiva ou negativa.

Ex.:

NaCl + H2O -> Na+ + Cl-

O sal (cloreto de sódio) dissolvido em água gera a dissociação (separação) dos íons de Sódio, positivo (Na+) e de Cloro, negativo (Cl-). E são justamente esses íons que vão atuar nas Funções Biológicas.

Características dos Sais:

• Os íons são fundamentais no metabolismo celular;
• Os sais são obtidos a partir do alimento;
• Muitos elementos encontram-se na estrutura de várias moléculas. Ex.: O FERRO é encontrado na HEMOGLOBINA (hemo= ferro) que é uma Proteína. E o MAGNÉSIO é encontrado na CLOROFILA que é um Pigmento.

Principais Sais e suas respactivas Funções:

• Na e K - O Na (sódio) é encontrado no Sal de Cosinha e o K (potássio) está presente em verduras, frutas, leguminosas, carnes, leite.

Função: Tanto um como o outro estão relacionados com

- Controle dos Potenciais Iônicos;

- Bioexcitabilidade celular (condução de impulsos);

- Contração muscular;

- Funções cardíacas e nervosas;

- Osmorregulação;

- Funções renais.

• Cl - O Cloro é o principal Monovalente Negativo Extracelular.

Função: Também está relacionado a Bioexcitabilidade celular, além de:

- Atuar na manutenção do pH estomacal;

- Atuar na manutenção do equilibrio hídrico.

OBS.: para neutralisar a Hiperacidez Gástrica (HCl) usa-se de NaHCO3 (sal de fruta).

• Ca - O Cálcio é encontrado na casca do ovo, leite e derivados, vegetais verde-escuros. Ele é o Principal Bivalente Positivo do Meio Estra celular.

Função: Também está relacionado a Bioexcitabilidade celular, além de estar relacionado a :

- Contração musclar;

- Coagulação sanguínea;

- Osmorregulação;

- Regulação Hormonal.

Cuidado!!!

- O Cálcio NÃO pode se acumular no interior das células, pois induz a Necrose (infarto) Celular;

- O Cálcio é um indicador Patológico e a calcificação é uma disfunção Patológica.

• Fe - É componente da Hemoglobina e da Miosina - pigmentos que tem grande afinidade com gases respiratório, como o oxigênio. É encontrado em carnes, figado, vegetais verde-escuros, leguminosas.

Função: - Biossíntese (produção) Protéica (pigmentos, enzimas);

- Absorção iônica;

- Bioenergética Celular (ATP)

- Formação do sangue - o ferro está presente na Hemoglobina e nas Hemáceas (célula presente no sangue) esta ultima é responsável pelo transporte de oxigênio no sangue.

OBS.: a redução das Hemácias no sangue é uma das causas do desenvolvimento da Anemia.

Curiosidade!!!

Por que servimos laranja junto a feijoada???

Existem dos tipos de FERRO o ferro HEME e o ferro NÃO-HEME. A vitamina C da laranja ajuda a absorver o ferro NÃO-HEME presente no feijão da feijoada, fazendo com que você tenha uma melhor digestão!!!

• F - O Flúor está presente na composição de pastas dentárias e na água tratada. É encontrado em peixes

Função: - Formação do Esmalte dentário, evitando processos destrutivos causados por cáries.

• I - O Iodo é componente dos hormônios da glândula tireóidea (tireoide), que regulam o metabolismo. Sua falta pde determinar o Hipotireoidismo, que pode levar ao desenvolvimento acentuado da glândula tireóidea, determinando o bócio. O iodo é encontrado em peixes, frutos do mar e no sal.

Função: Biossíntese dos hormônios da tireóide.

• P - O Fósforo é encontrado em leite e derivados, carnes, cereais, aves, peixes, legumes.

Função: - Biossíntese de Lipídios;

- Biossíntese de Ácidos Nucléicos;

- Biossíntese de ATP.

• S - (Enxofre) Função: - Biossíntese Protéica;

- Biossíntese de Pigmentos;

- Biossíntese de Lipídios.

• N - Função: - Biossíntese Protéica;

- Biossíntese de Ácidos Nucléicos.

Radioatividade

Instabilidade Nuclear

Existem na natureza alguns elementos fisicamente estáveis, cujos átomos, ao se desintegrarem, emite energia sob forma de radiação. O urânio-235, o césio-137, o cobalto-60, o tório-232 são exemplos de elementos fisicamente instáveis ou radioativos. Eles estão em lenta e constante desintegração, liberando energia através de ondas eletromagnéticas (raios gama) oupartículas subatômicas com altas velocidades (partículas, alfa, beta e nêutrons).

OBS.: Quando há mais de 83 prótons num núcleo, nenhum número de nêutrons é capaz de torná-lo estável.

#PRINCIPAIS RADIAÇÕES

Os três principais tipos de radiação são denominados de α, β e ɣ, que submetidos à ação de um campo elétrico ou magnético, orientam-se conforme o esquema anterior. Assim temos:

PARTÍCULA ALFA (α)- formada por dois elétrons e dois nêutrons (semelhante ao elemento Hélio):

• É corpuscular (possui massa);
• Desvia para o pólo negativo;
• Tem baixo poder de penetração;
• Alto poder de ionização (captura de elétrons).

PARTÍCULA BETA (β) - elétron emitido pelo núcleo radioativo.

• É corpuscular (possui massa, que é aproximadamente = 0);
• Desvia para o pólo positivo;
• Tem médio poder de penetração;

PARTÍCULA GAMA (ɣ) - são ondas eletromagnéticas com energia superior a luz e dos raios X.

• Onda eletromagnética;
• Não sofre desvio;
• Alto poder de penetração.

OBS.: As emissões gama nunca aparecem isoladamente na radiação natural, mas normalmente após emissões alfa e beta possuindo grande poder de penetração.

O que acontece se um elemento X emitir uma radiação α?

R= LEI DE SODDY - A cada partícula alfa emitida, o núcleo perde dois prótons e dois nêutrons. Daí o fato do número de massa diminuir de quatro unidades, enquanto o número atômicodiminui apenas duas.

O que acontece se um elemento X emitir uma radiação β?

R= LEI DE SODDY, FAJANS e RUSSEL - Assim, como os nêutrons e os prótons tem massa praticamente igual, a emissão da partícula beta tem efeito desprezível sobre a massa do núcleo resultante. O número atômico aumenta de uma unidade, devido à carga do prótonremanescente.

***Transmutação artificial - é a transformação de um elemento em outro através de "bombeamento" de partículas radioativas.
***Elementos Transurânicos - são elementos que possuem o número atômico maior que 92 (que é o número atômico do Urânio), são produzidos em laboratório, por tanto classificados como artificiais.

# O LIXO ATÔMICO

Um dos grandes problemas ambientais ocasionados pela usina nuclear é o lixo atômico. São elementos radioativos que sobram e que não podem ser reutilizados ou que ficaram radioativosdevido ao fato de entrarem em contato, de alguma forma com o reator nuclear.

Uma usina nuclear produz por ano, em média, um volume de lixo de ordem de 3m³. O suficiente para lotar um elevador residencial de um prédio de apartamentos.

Tempo de Meia-Vida (t1/2) ou Período de semidesintegração (P)

É o tempo necessário para desintegrar a metade dos átomos radioativos existentes em uma dada amostra.

***Famílias radioativas:

Tório:      4n            => Resto: 0

Neptúnio: 4n + 1      => Resto: 1

Urânio:    4n + 2      => Resto: 2

Actínio:    4n + 3     => Resto: 3

OBS.: Você deve dividir a massa do elemento por 4 e observar o resto para saber classificar segundo as famílias.

# FISSÃO NUCLEAR (quebra do núcleo)
- Trata-se da divisão do núcleo de um átomo em dois núcleos menores, com liberação de grande quantidade de energia.
- Classifica-se como uma Reação em Cadeia (ao observarmos a equação química notamos a presença de nêutrons nos reagentes e nos produtos).
- Um exemplo: Bomba Atômica.


# FUSÃO NUCLEAR (junção do núcleo)
- Trata-se da junção de núcleos atômicos produzindo um núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia.
- Um exemplo: Bomba de Hidrogênio (10 vezes mais potente que a Bomba Atômica).

Evolução

Mecanismos Evolutivos

==> Ideias Evolutivas

• Fixismo: na verdade o fixismo é uma ideia "antievolucionista", que define Deus como criador do universo e de tudo que nele existe.
• Design Inteligente: esta teoria busca redefinir a ciência para aplicar a ela explicações sobrenaturais, ou seja, também toma Deus como ponto de partida.
• Lamarckismo: Jean Baptista Lamarck foi o primeiro a perceber a evolução na natureza e para explicá-la criou duas leis: Lei do Uso e Desuso e a Lei da Transmissão dos Caracteres Adquiridos.

--> Lei do Uso e Desuso: os organismos desenvolvem seus órgãos de acordo com a necessidade de uso dos mesmos.

--> Lei dos Caracteres Adquiridos: as transformações sofridas por um determinado organismo ao longo de sua vida são transmitidas aos seus descendentes por "herança genética".

• Darwinismo: Darwin, para explicar a evolução, criou a teoria da Seleção Natural. Segundo esta só os organismo mais fortes sobrevivem aos obstáculos criados pelo meio.

--> Seleção Natural: mecanismo evolutivo, onde o organismo deve adaptar-se ao meio, ou seja, o meio ambiente seleciona os organismos.

OBS.: Segundo Lamarck o meio modifica. Segundo Darwin o meio seleciona!!!

Origem da Vida!

São várias as teorias que se dispõem a explicar a origem da vida em nosso planeta. Entre elas temos:

1. Biogênese: diz que todo ser vivo se origina por reprodução de outro ser vivo da mesma espécie. Defensores da Biogênese: Francesco Redi (com o experimento dos potes de carne em putrefação), Spallanzani, Pasteur (que foi o responsável pela derrubada da abiogênese com o experimento dos frascos com "pescoço de cisne"),Oparin-Haldane e Stanley Miller (que simulou em laboratório a atmosfera da terra primitiva e seus respectivos gases: CH4, NH3, H2 e vapor d'água).
2. Abiogênese:ficou conhecida como teoria da Geração Espontânea diz que os seres vivos podiam surgir a partir da matéria bruta (espontâneamente). Defensores da Abiogênese: Aristóteles, René Descartes, Isaac Newton, Needham e Jan Baptista van Helmont. Este último chegou a gerar uma receita para produzir ratos por meio da geração espontânea.
3. Criacionismo ou Fixismo: relata que Deus criou o mundo.

==> Teorias modernas sobre a origem da vida:

1. Panspermia ou Cosmogênese:relata que a vida teve origem na Terra a partir de seres vivos vindos do espaço em meteoros que colidiram com a Terra, naquela época.
2. Origem Química da Vida (teoria de Oparin-Haldane):relata que a vida surgiu em um meio abiótico, ou seja, surgiu a partir das reações e combinações químicas "entre os gases" da Terra primitiva.

==> Seguem abaixo os experimentos que foram realizados em favor da Biogênese:

• Experiência dos potes de carne em putrefação (Redi):Redi colocou pedaços de carne crua em frascos de boca larga, vedou alguns deles com gaze muito fina e deixou outros abertos. Nestes últimos, em que as moscas entravam e saíam livremente, logo surgiram "vermes". Nos frascos tampados com a gaze, que impedia a entrada das moscas, não apareceu nenhum verme, mesmo depois de passados muitos dias.
• Experiência dos frascos com "Pescoço de Cisne" (Pasteur):em nenhum dos frascos com pescoço de cisne desenvolveram-se microrganismos, apesar de o caldo estar em contato com o ar. A explicação é que os microrganismos presentes no ar, retidos nas curvas do gargalo, não atingiam o líquido do frasco.

*** O experimento de Miller:

veio provar a teoria de Oparin-Haldane, através de um simulador ele mostrou que o liquido acumulado na parte inferior do aparelho revelava a presença de aminoácidos.

De que se alimentavam os primeiros seres vivos???

Essa pergunta levou os cientistas a elaborarem duas hipóteses como resposta:

1. Hipótese Autotrófica: os seres vivos primitivos produziam seu próprio alimento por meio de quimiossíntese.
2. Hipótese Heterotrófica: os seres vivos primitivos não teriam capacidade de fabricar seu próprio alimento. Obtinham a energia que precisavam por meio de fermentação.

Esses primeiros seres vivos deveriam ter uma estrutura bem simples, sendo assim Procariontes. Ao longo do tempo esses seres foram sofrendo invaginações por mitocôndrias e cianobactérias. As invaginações por mitocôndrias gerou o que conhecemos como células animais e as invaginações por cianobactéria gerou as células vegetais. Essa definição é chamada de Teoria Endossimbiótica.