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A Composição Química da Célula

Trabalho enviado por: Wilton Réner Simões

Data: 23/07/2003

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CÉLULA


A QUÍMICA DA CÉLULA VIVA

Introdução

Pode não ser muito fácil para o leigo aceitar que o ser vivo é uma máquina viva, constituída constituída por moléculas, e que constantemente transforma moléculas. Basta lembrar, porém, que os avanços da biologia e da medicina nos últimos anos baseiam-se, em grande parte, no conhecimento das substâncias químicas que compõem o corpo e de como interagem. Uma boa alimentação por exemplo, fundamenta-se primeiro no conhecimento das necessidades químicas do organismo; em seguida, nos tipos de substâncias que formam os alimentos. Você já ouviu falar em "rações balanceadas", dadas a galinhas e animais domésticos? Veja num pacote de ração para cães, num supermercado, a composição química detalhada do alimento.

Por outro lado, muitos estados anômalos de saúde do organismo são corrigidos pela administração de substâncias químicas. Um diabético toma insulina e seus sintomas desaparecem. A anemia é tratada, entre outras coisas, com sais de ferro. Tranqüilizantes são substâncias que controlam a tensão nervosa. No caso de uma falha cardíaca, injeta-se adrenalina.

Em última análise, os seres vivos são constituídos por substâncias químicas; e seu funcionamento depende de transformações dessas substâncias, a cujo conjunto damos o nome de metabolismo. Por isso, é absolutamente indispensável que o estudante de biologia tenha uma noção básica das moléculas que compõem os organismos. O objeto de estudo deste trabalho é a vida a nível das moléculas.

Não insistiremos muito na estrutura das substâncias, que você somente compreenderá bem depois de avançar um pouco no estudo da Química; vamos, porém, insistir no papel, na função dessas substâncias no dia-a-dia da célula.


A composição de um ser vivo

Quais são as substâncias que consistem um ser vivo? A resposta pode ser obtida pela análise química de um pedaço de seu organismo. Por exemplo, o estudo de um pedaço de fígado de boi, triturado, nos mostra a presença de várias substâncias, indicadas na tabela:

Substâncias Inorgânicas

Substâncias Orgânicas

  • Água
  • Sais minerais diversos
  • Carboidratos
  • Lipídios
  • Aminoácidos e proteínas
  • Ácidos nucléicos


Você reparou que na tabela separamos as substâncias em dois grupos: as orgânicas e as inorgânicas. De fato, substâncias como carboidratos, proteínas e ácidos nucleicos são complexas, de moléculas grandes, e se encontram na natureza geralmente como constituintes de organismos vivos, o que originou a palavra "orgânica". Ao contrário, as moléculas inorgânicas como a água e os sais, soa pequenas, simples e podem ser encontradas facilmente fora dos seres vivos.

No passado, os químicos acreditavam que as moléculas orgânicas só poderiam ser fabricadas no interior de organismos vivos. Em 1828, porém, o químico Wöhler conseguiu mostrar que na urina, podia ser elaborada em laboratório, a partir de um sal inorgânico, o cianato de amônia.

Ainda assim os termos "inorgânico" e "orgânico" continuam sendo usados, apesar de terem perdido seu significado original. Modernamente, entende-se por substância orgânica aquela cuja construção molecular baseia-se em cadeias de átomos de carbono. É bom observar que são fabricados hoje em laboratório milhares de compostos orgânicos, como pigmentos, inseticidas e remédios, que jamais fizeram parte da constituição de um ser vivo.

Assim ficou destruída a noção de que a produção de uma substância orgânica depende sempre de um organismo vivo.


A freqüência das diversas substâncias

Dos elementos químicos existem na natureza, apenas uma pequena fração entra na composição de animais e plantas Carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio constituem aproximadamente 96% dos átomos da maior parte dos organismos. Esses elementos podem fazer parte de moléculas simples, como a água (H2O) e o gás carbônico (CO2), ou então de moléculas complexas, como proteínas e ácidos nucléicos. A tabela a seguir dá uma idéia da porcentagem média de algumas substâncias em células de animais e vegetais.

 

Células

Constituintes

Animais

Vegetais

Água

Substâncias minerais

Carboidratos

Lipídios

Proteínas

60,0 %

4,3 %

6,2 %

11,7 %

17,8 %

70,0 %

2,45 %

18,0 %

0,5 %

4,0 %

Note a alta porcentagem de água que existe em qualquer organismo, seguida pela proteínas, nas células animais. A abundância de carboidratos em células vegetais pode ser relacionada com suas reservas de amido, formada em grande parte por celulose.

A água

É o componente mais abundante das células, e funciona como solvente dos íons minerais e de muitas substâncias orgânicas celulares. Já que todas as reações químicas numa célula viva ocorrem entre moléculas em solução, é fácil compreender sua importância para a manutenção da vida.

Além de ser um meio favorável à ocorrência de reações químicas, a água, por ser um solvente eficiente, é indispensável para o transporte de substâncias, tanto no interior da célula, como entre ela e o meio externo. Assim, alimento, gases de respiração e excretas normalmente se difundem na água, sendo por ela transportados através das membranas celulares.


SEMELHANÇA É PARENTESCO?

Se analisássemos um pedaço de músculo de boi, obteríamos exatamente a mesma lista básica de substâncias que compõem o fígado, podendo haver algumas variações nas porcentagens encontradas.

A análise química de outros seres vivos, como, por exemplo, da bactéria Escherichia coli, ou de algumas folhas de espinafre, ou então de uma minhoca, surpreendentemente, nos faria chegar à mesma lista básica de substâncias, se bem que em proporções diferentes. Poderá haver, é claro, algumas variações qualitativas; no espinafre, por exemplo, encontraremos um pigmento verde, a clorofila, que não será achado nos outros casos.

Como poderíamos interpretar as semelhanças químicas entre seres tão diferentes?

As células vivas podem ser considerados "usinas" químicas, em que centenas de reações ocorrem a cada instante.

As moléculas são ora as matérias-primas, ora as "ferramentas" que permitem essas reações. Se em seres vivos tão diferentes quanto um boi, uma bactéria ou um espinafre, os tipos de moléculas são semelhantes, isto quer dizer que provavelmente as células desses seres realizam reações químicas também semelhantes.

Se analisarmos o processo de respiração celular, constituindo por mais de vinte etapas que devem acontecer numa certa ordem, verificamos que tanto numa célula de minhoca como na de espinafre ou na de boi, a seqüência das reações é exatamente a mesma, sendo idênticos os compostos iniciais, intermediários e finais.

Da mesma forma, o processo de fotossíntese, tanto numa alga unicelular quanto num musgo ou numa laranjeira será constituído pelas mesmas etapas, dando os mesmos produtos finais.

O fato de, em organismos tão diferentes, podermos encontrar as mesmas moléculas, que realizam funções químicas idênticas, não é simples coincidência. Pelo contrário, é um forte indício de parentesco evolutivo, mostrando que os organismos vivos descendem de um ancestral comum. Há então uma unidade no plano bioquímico básico dos seres vivos. Já as diferenças químicas de constituição e de funcionamento, eventualmente encontradas, refletem a diversidade dos organismos.

Vimos anteriormente que a evolução pode ser evidenciada em muitos dos níveis em que se estuda a vida; a bioquímica demonstra que a evolução pode ser percebida também ao nível das moléculas.

Assim, quando é feita atualmente uma tentativa de estabelecer o parentesco evolutivo entre algumas espécies, um dos métodos utilizados é a comparação entre as proteínas e os ácidos nucléicos das espécies estudadas. Quanto maior a semelhança química, maior será, seguramente, a relação de parentesco entre elas. Desta forma, a bioquímica tornou-se um instrumento a mais para o estudo da Evolução.

Quando estudamos a importância da água ao nível de organismo, percebemos que ela tem um papel apreciável na manutenção da temperatura de animais e plantas terrestres: sua evaporação na superfície da pele. Por exemplo (transpiração), retira o excesso de calor, dissipando-o.

A taxa de água varia em função de três fatores básicos: atividade do tecido ou órgão, idade do organismo e espécie estudada.

Atividade: normalmente, quanto maior é a atividade metabólica de um tecido, maior é a percentagem de água que nele se encontra. Veja a tabela abaixo:

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