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Biomoléculas

A célula é feita principalmente de água, mais quatro grandes famílias de compostos de carbono: proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucleicos. Se triturarmos um tecido em ácido, as moléculas pequenas ficam separadas (fração solúvel em ácido) das grandes – proteínas, polissacarídeos e ácidos nucleicos (fração insolúvel em ácido). As proteínas são cadeias de aminoácidos dobradas em quatro níveis de estrutura. Os polissacarídeos são cadeias de açúcares; os lipídios são ácidos graxos presos ao glicerol; os ácidos nucleicos são cadeias de nucleotídeos. As enzimas são catalisadores de proteína: o substrato se encaixa no sítio ativo, a energia de ativação diminui, e a velocidade muda com a temperatura, o pH, a quantidade de substrato e os inibidores.

🎬 História passo a passo

  1. O que há dentro de uma célula? As barras mostram uma célula típica em peso: cerca de 70% de água, depois proteínas. Triturar em ácido separa as moléculas pequenas das grandes.
  2. Proteínas: uma cadeia de contas, os aminoácidos. Toque nos botões: a cadeia se enrola (secundária), vira uma bola (terciária) e se junta a outras cadeias (quaternária).
  3. Carboidratos: um anel de açúcar, depois dois, depois cadeias longas – amido enrolado, celulose reta, glicogênio ramificado. Conte os anéis.
  4. Lipídios e ácidos nucleicos: uma gordura é glicerol + 3 ácidos graxos; um nucleotídeo é base + açúcar + fosfato; o DNA são duas fitas torcidas.
  5. Uma enzima trabalhando: o substrato se encaixa no sítio ativo, vira produtos, e a enzima fica livre de novo. Coloque um inibidor e ela fica bloqueada.
  6. Brincadeira livre: mude a temperatura e o pH e veja a barra da velocidade da reação. Quente demais e a enzima perde a forma.

Dica: arraste a cena 3D para girar. Use dois dedos para dar zoom.

🤔 Dúvidas comuns, esclarecidas

Os lipídios são moléculas pequenas, então por que estão na fração insolúvel em ácido?

Quando trituramos o tecido, as membranas das células se quebram em minúsculas vesículas de lipídio. Elas formam aglomerados grandes que não passam pelo filtro, então os lipídios ficam retidos, mesmo que cada molécula de lipídio seja pequena.

Se a ordem dos aminoácidos está certa, por que a forma importa?

A ordem decide como a cadeia se enrola e se dobra. Só a forma final dobrada tem a bolsa ou a superfície certa para fazer o trabalho. Dobra errada = nada de trabalho.

Amido e celulose são feitos de glicose – por que só conseguimos digerir o amido?

As unidades de glicose estão ligadas de jeito diferente. O amido se enrola e a nossa amilase consegue cortá-lo. As cadeias de celulose ficam retas, em feixes fortes, e os humanos não têm enzima para cortar essas ligações.

Qual é a diferença entre nucleosídeo e nucleotídeo?

Nucleosídeo = base + açúcar. Nucleotídeo = base + açúcar + fosfato. Se você colocar um fosfato num nucleosídeo, ele vira nucleotídeo.

Como uma enzima acelera uma reação sem ser gasta?

Ela só dá ao substrato um lugar melhor e um caminho melhor para reagir (energia de ativação menor). Depois que os produtos saem, a enzima continua igual e pode pegar o próximo substrato.

O frio mata a enzima?

Não. O frio a deixa lenta ou inativa por um tempo; esquente de novo e ela volta a trabalhar. O calor alto é diferente – ele destrói a forma para sempre (desnaturação).

Composição química de uma célula

Um tecido vivo e um torrão de terra têm os mesmos tipos de elementos (carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio…), mas o tecido vivo tem muito mais carbono e hidrogênio. Para encontrar os compostos de carbono, fazemos uma análise simples:

  1. Triture o tecido vivo com ácido tricloroacético (Cl₃CCOOH) até formar uma papa.
  2. Coe a papa num pano ou algodão.
  3. O líquido que passa = fração solúvel em ácido (filtrado): moléculas pequenas como aminoácidos, açúcares, nucleotídeos.
  4. O que fica para trás = fração insolúvel em ácido (retido): proteínas, ácidos nucleicos, polissacarídeos e lipídios.

Queimar o tecido (incineração) elimina todos os compostos de carbono; as cinzas que sobram têm elementos inorgânicos (Ca, Mg) e compostos como sulfato e fosfato.

As micromoléculas têm massa molecular de 18 a 800 Da e ficam na fração solúvel. As macromoléculas (biomacromoléculas) passam de 10.000 Da: proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos. Os lipídios têm menos de 800 Da, mas aparecem na fração insolúvel porque, ao triturar, as membranas rompidas formam vesículas insolúveis.

Célula típica em peso: água 70–90%, proteínas 10–15%, ácidos nucleicos 5–7%, carboidratos 3%, lipídios 2%, íons 1%.

Proteínas: cadeias de aminoácidos

Um aminoácido tem um carbono central (carbono α) que segura quatro grupos: hidrogênio, um grupo amino (–NH₂), um grupo carboxila (–COOH) e um grupo R variável. O grupo R define o aminoácido: R = H é a glicina, R = CH₃ é a alanina, R = CH₂OH é a serina. Pelos grupos amino e carboxila, eles podem ser ácidos (ácido glutâmico), básicos (lisina) ou neutros (valina); alguns são aromáticos (tirosina, fenilalanina, triptofano). Em solução, num certo pH, o aminoácido tem cargas + e – ao mesmo tempo: é um zwitterion (íon dipolar).

Os aminoácidos se ligam por ligações peptídicas (–CO–NH–), perdendo água, e formam os polipeptídios. Uma proteína é um heteropolímero de até 20 tipos de aminoácidos. Os aminoácidos essenciais precisam vir da comida; os não essenciais o corpo produz.

Quatro níveis de estrutura

Funções: colágeno (a proteína mais abundante nos animais) e RuBisCO (a proteína mais abundante da biosfera); tripsina (enzima), insulina (hormônio), anticorpos (defesa), GLUT-4 (leva glicose para dentro das células), receptores (sentem cheiro, sabor, hormônios).

Carboidratos (polissacarídeos)

Os açúcares são feitos de C, H e O. A glicose e a ribose são monossacarídeos. Dois deles se unem por uma ligação glicosídica e formam um dissacarídeo (sacarose, lactose, maltose). As cadeias longas são polissacarídeos, que ficam na fração insolúvel em ácido.

Numa cadeia de polissacarídeo, a ponta da direita é a extremidade redutora e a da esquerda é a extremidade não redutora.

Lipídios

Os lipídios não se dissolvem na água. Um ácido graxo é um grupo carboxila ligado a uma cadeia de carbonos (grupo R); o ácido palmítico tem 16 carbonos contando o carbono da carboxila, e o araquidônico tem 20. Sem ligações duplas ele é saturado; com uma ou mais, é insaturado. O glicerol (tri-hidroxipropano) segura até três ácidos graxos: mono-, di- e triglicerídeos (gorduras e óleos – os óleos derretem em temperatura mais baixa, como o óleo de gergelim). Os fosfolipídios, como a lecitina, têm um grupo fosfato e formam as membranas das células. O tecido nervoso tem lipídios mais complexos. Os lipídios não são, a rigor, macromoléculas nem polímeros.

Ácidos nucleicos

Um nucleotídeo tem três partes: uma base nitrogenada, um açúcar de cinco carbonos (pentose) e um fosfato. Só base + açúcar = nucleosídeo (adenosina, guanosina, timidina, uridina, citidina).

Num ácido nucleico, o fosfato liga o carbono 3′ de um açúcar ao carbono 5′ do seguinte: é a ligação fosfodiéster. No modelo de Watson–Crick (B-DNA): as duas fitas são antiparalelas, uma volta completa tem 10 pares de bases, a distância entre pares de bases é 0.34 nm, e uma volta mede 3.4 nm.

Enzimas: tipos, propriedades e ação

As enzimas são catalisadores biológicos – quase todas são proteínas; alguns ácidos nucleicos também agem como enzimas e se chamam ribozimas. Elas aceleram as reações e saem inalteradas.

Como agem

Cada enzima tem um sítio ativo, uma bolsa onde o substrato se encaixa. E + S → ES (complexo enzima–substrato) → EP → E + P. Toda reação precisa de energia para começar – a energia de ativação. A enzima diminui essa energia, e a reação fica muito mais rápida. Exemplo: a anidrase carbônica faz CO₂ + H₂O → H₂CO₃ cerca de 10 milhões de vezes mais rápido (cerca de 600.000 moléculas por segundo, em vez de cerca de 200 por hora).

Fatores que afetam a atividade da enzima

Seis classes

  1. Oxidorredutases/desidrogenases – passam H ou elétrons entre dois substratos.
  2. Transferases – passam um grupo (não H) entre substratos.
  3. Hidrolases – quebram ligações éster, éter, peptídicas, glicosídicas, C–C ou P–N usando água.
  4. Liases – retiram grupos sem usar água, deixando ligações duplas.
  5. Isomerases – transformam um isômero em outro.
  6. Ligases – unem dois compostos (por exemplo, ligações C–O, C–S, C–N, P–O).

Cofatores

A parte de proteína é a apoenzima. Muitas precisam de um ajudante que não é proteína: um grupo prostético (preso com força, por exemplo o heme na peroxidase e na catalase), uma coenzima (presa com menos força, muitas vezes vinda de vitaminas, por exemplo NAD e NADP contêm niacina) ou um íon metálico (por exemplo, zinco na carboxipeptidase). Sem o cofator, a enzima para de funcionar.

Experimente: veja uma enzima em ação

Mastigue um pedacinho de pão simples ou de arroz cozido por dois minutos sem engolir – ele começa a ficar doce, porque a amilase da saliva quebra o amido em açúcar. Agora teste o efeito do calor: ponha uma gota de iodo numa fatia de batata crua (azul-escuro = amido). Depois corte uma batata crua e uma batata cozida e pingue uma gota de água oxigenada (da farmácia) em cada uma – a crua faz espuma porque a enzima catalase está funcionando; a cozida quase não faz, porque o calor desnaturou a enzima. Compare com o passo 6 do 3D.

Fórmulas e definições principais

Exemplos resolvidos

1. Tecido do fígado é triturado em ácido tricloroacético e filtrado. Em qual fração você encontra (a) glicose, (b) DNA, (c) fosfolipídios?

(a) A glicose é pequena → filtrado (fração solúvel em ácido). (b) O DNA é uma macromolécula → retido (insolúvel em ácido). (c) Os fosfolipídios são pequenos, mas as membranas rompidas formam vesículas, então eles também ficam na fração insolúvel em ácido.

2. Um trecho de DNA tem 20 pares de bases. Quantas voltas completas a dupla hélice dá e qual é o comprimento?

Uma volta = 10 pb, então 20 ÷ 10 = 2 voltas. Comprimento = 20 × 0.34 nm = 6.8 nm.

3. Uma molécula de DNA tem 30% de adenina. Ache a porcentagem de guanina.

A = T, então T = 30%. A + T = 60%, logo G + C = 40%. G = C, então G = 20%.

4. Diga o nível da estrutura da proteína: (a) a ordem dos aminoácidos, (b) as 4 cadeias da hemoglobina, (c) a hélice.

(a) Primária, (b) quaternária, (c) secundária.

5. Uma enzima une dois pedaços de DNA formando uma ligação P–O. A que classe ela pertence?

Ela une duas moléculas por uma nova ligação → ligase (DNA ligase).

6. Uma enzima tem Vmax = 100 unidades. Qual é a velocidade quando a concentração de substrato é igual a Km?

Km é a concentração de substrato em que a velocidade é metade de Vmax: 100 ÷ 2 = 50 unidades.

Erros comuns

Quiz de prática

1. Qual destes está na fração solúvel em ácido?
2. A proteína mais abundante de toda a biosfera é:
3. Qual dá cor azul-escura com iodo?
4. Uma enzima que quebra uma ligação usando água é uma:
5. O heme na catalase é um exemplo de:

Prática: responda você mesmo

Digite ou escolha sua resposta e aperte Conferir. Use a dica se travar; a solução completa aparece depois que você responder.

Perguntas frequentes

O que são biomoléculas?

São os compostos de carbono encontrados nos seres vivos – principalmente proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucleicos, além de moléculas pequenas como aminoácidos e açúcares.

Quais são os fatores que afetam a atividade das enzimas?

Temperatura, pH, concentração do substrato e a presença de inibidores ou ativadores.

Qual é a diferença entre coenzima e grupo prostético?

Os dois são ajudantes que não são proteína. O grupo prostético fica preso com força (como o heme); a coenzima fica presa com menos força e muitas vezes é feita de uma vitamina (como o NAD).

Onde isso é ensinado

Canada (Ontario)Grade 12B. Biochemistry
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Chemistry and biology
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Chemistry and biology
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa II. Chemistry of life
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa II. Chemistry of life
RomaniaClasa a IX-aThe cell: structural and functional unit of life
Spain2º BachilleratoBiomolecules
Spain2º BachilleratoBiology for the 21st century
Ukraine9 класChemical composition of the cell
Ukraine9 класOrganic substances
Ukraine10 класMetabolism and energy
CBSE (India)Class 11Cell: Structure and Function
CBSE (India)Class 11Molecules of Life
England (GCSE, A level)Year 123.1 Biological molecules
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10From molecules to organisms: structures and processes
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Chemistry of Life
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Cellular Energetics
South Korea고등학교 2학년Cell structure and function
South Korea고등학교 2학년Metabolism and energy
South Korea고등학교 3학년Cell characteristics
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 10Metabolism and energy in humans
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 11Food chemistry
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 13Cell metabolism physiology
FrancePremièrePhysics-chemistry for health
FrancePremièreBiochemistry-biology: cross-cutting modules
FrancePremièreBiotechnology (option)
FranceTerminaleChemistry
FranceTerminalePart T: experimental technology
Russia9 классCells and tissues
Russia10 классChemical organisation of the cell
Russia10 классChemical composition and structure of the cell
China高一Comp.1 Ch.2 Molecules of cells
China高一Comp.1 Ch.5 Energy
China高一Ch.7 Organic compounds

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