Carboidratos, lipídios, proteína e enzimas

Composição química dos seres vivos

O que a árvore, a moléculas de DNA e o refrigerante têm em comum em sua composição química?      

Todos possuem carboidratos (açúcares)!

Na árvore e no DNA, a função desses carboidratos é estrutural, isto é, eles servem para construir, respectivamente, a parede de cada célula vegetal e a molécula de DNA. No refrigerante, essa substância exerce função energética.

A ingestão de grandes quantidades de açúcares pode levar a um quadro de obesidade, pois nosso organismo transforma parte desse açúcar em gordura, um tipo de lipídio. Mas lipídio não é sinônimo de vilão; os lipídios – e aí inclui-se o colesterol – são substâncias fundamentais para a composição e a sobrevivência dos seres vivos.

Carboidratos, glicídios ou hidratos de carbonos... Quando falamos de substâncias orgânicas a primeira pergunta que vem em nossa cabeça é relacionado as suas funções, ou seja, para que serve um carboidrato? Para que serve um açúcar?

-A função mais conhecida é a energética, essa pode ser subdividida em uma fonte de energia (sendo um monocarboidrato que pode entrar na célula é ser utilizado diretamente por ela, como a glicose) ou reserva de energia (sendo um carboidrato maior que fica armazenado, como o glicogênio).

-A outra função dos carboidratos é uma função estrutural, ou seja carboidratos que servem para construir estruturas.Um bom exemplo é a celulose que é encontrada na parede celular de cada célula vegetal, sendo a substância mais abundante nos vegetais.

Os carboidratos podem ser divididos em 3 grupos monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos.

- Monossacarídeos ou oses são os compostos mais simples de carboidrato, possuindo entre três e sete carbonos. São monômeros, ou seja, não podem ser hidrolisados . Geralmente possuem gosto adocicado e são sempre solúveis em água. Os mais conhecidos popularmente são as pentoses e hexoses.

Mono significa uma unidade sendo a menor molécula do carboidrato, essas não precisam ser quebradas e podem ser absorvidas diretamente pelas células.São representadas pela formula molecular C_nH_2nOn. Onde ''n'' pode variar.(Ex. pentoses que tem função estrutural que são açucares de 5 carbonos que formam ácidos nucleicos, sendo a ribose C5 H10 O5 que forma o RNA e a desoxirribose C5 H10 O4 que forma o DNA. Outro grupo são as hexoses C6 H12 O6, que são isômeros de função energética, a mais conhecida é a glicose que é produzida pela fotossíntese, também temos a frutose que são encontrada nos frutos em geral e a galactose encontrada no leite.  

*A denominação de hidrólise é dada para qualquer reação química que envolva a quebra de uma molécula por ação da molécula de água. Hidro (água) e lise (quebra)

*Monómero (do grego "mono", "um" e "meros", "parte") é uma pequena molécula que pode ligar-se a outros monômeros formando moléculas maiores denominadas polímeros.
*Isômeros são representados pela mesma fórmula molecular e diferentes fórmulas estruturais

 -Dissacarídeos, se refere a dois monossacarídeos. (Entre os dissacarídeos destacam-se 3, a sacarose composta por glicose + frutose, a maltose sendo uma junção da glicose + glicose e por último a lactose glicose + galactose).    

-Polissacarídeos, é a junção de vários monossacarídeos. Todos eles são formados por muitas moléculas de glicose C6H12O6. O amido é encontrado nas células vegetais ele é o carboidrato de reserva energética, quando a planta realiza o processo de fotossíntese uma parte da glicose é guardada na forma de amido para ser usado quando ela precisar, ele pode ser encontrado em sementes, milho, farinha. Já o glicogênio é responsável pela reserva energética dos animais, os animais ao se alimentarem de carboidratos, fazem a união das moléculas de glicose é as armazenada no fígado e nos músculos na forma de glicogênio, afim de serem usadas quando o organismo precisar. A celulose tem uma função diferente dos outros anteriores, ela tem função estrutural, porque ela serve para construir a parede celular das células vegetais. O último exemplo de polissacarídeos é a quitina, sendo importante porque ira formar o esqueleto externo dos artrópodes.

Os três últimos precisão ser quebrados por meio de um processo chamado hidrolise enzimática, para virarem monossacáridos e serem absorvidos, para sair do nosso intestino é cair no nosso sangue, indo para todas as partes do nosso corpo  chegando nas nossas células sendo catabolizada por estruturas metabólicas.

Então é importante lembrar que:

• Os carboidratos têm função energética (são fonte de energia ou reserva de energia) ou estrutural.
  
  
• Os carboidratos são classificados em monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
  
  
• Apenas os monossacarídeos atravessam a membrana plasmática das células.
  
  
• Os principais monossacarídeos são a glicose, a frutose e a galactose.
  
  
• Os principais oligossacarídeos são a sacarose, a maltose e a lactose.
  
  
• Os principais polissacarídeos são o amido, o glicogênio e a celulose.

Lipídios (os lipídios são hidrofóbicos)

Os lipídios tem algumas funções importantes, a primeira delas serve como reserva energética, lembrando que essa também é uma função atribuída aos carboidratos, a diferença é que os lipídios são reservas energéticas mais duradoras, o nosso corpo quando que reservar energia por mais tempo guarda na forma de lipídio é por menos tempo na forma de carboidratos. Uma outra função desses é de isolante térmico, alguns animais que moram em lugares muito frios precisam diminuir a perda de calor para manter o seu corpo aquecido, pois para se produzir calor gasta energia e para obter energia esses animais terão que se alimentar em um lugar onde a comida não é abundante. Outra função importante dos lipídios e a função estrutural, servido na construção de algumas estruturas do corpo.

Os lipídios podem ser divididos em 4 grandes grupos:

 -O primeiro desse grupo são os triglicerídeos dentre os quais estão os óleos e as gorduras, os óleos são encontrados principalmente em sementes vegetais, é possuem função energética, pois quando uma semente quer germinar elas utilizam esse óleo como um fonte de energia para conseguir realizar esse processo. As gorduras são encontradas no nosso corpo em um tecido chamado tecido adiposo, as gorduras tem duas funções a de reserva energética e isolante térmico. Os triglicerídeos são formados por ácido graxos mais uma molécula de glicerol. Quando nos alimentamos dos alimentos ricos em triglicerídeos precisamos digerir essas moléculas para obter os compostos desse, assim os ácidos graxos e o glicerol vai ser absorvido pelo nosso intestino e cair no sangue e chegam as células para serem utilizadas.

-As ceras são outro grupo de lipídeos importantes essa pode ter papel estrutural, no caso das abelhas que a utilizam para construir sua colmeia, mais também papel impermeabilizante, como no caso de plantas que se adaptaram utilizando as ceras para evitar a perda d’água onde a disponibilidade dessa é menor. A cera também pode ser encontrada na nossa orelha interna com a função de proteção, pois, no ar há partículas suspensas, e essas partículas devem ser detidas pela cera afim de não causarem infecções nos nossos ouvidos.  

-Outro grupo de lipídios são os lipídios compostos ou complexos, um exemplo importante ocorre na formação das células, o chamado fosfolipídio que tem função estrutural, que é encontrado em toda membrana celular. Ele é complexo pois além dos elementos comum encontrados em outros tipos de lipídios possuí fosforo.   

-Por último temos o grupo dos esteroides, do qual faz parte o colesterol, muitas vezes julgamos esse como um vilão no entanto o colesterol é fundamental para algumas estruturas do nosso corpo e algumas funções orgânicas. Por exemplo nas membrana plasmáticas de células animais a função das moléculas de colesterol é aumentar a resistência e a rigidez dessa membrana. Uma outra função do colesterol é na produção de bile, esse é produzido no fígado e é usado no intestino para auxiliar na digestão de lipídios. A terceira função do colesterol é na produção de hormônios esteroides, podemos olhar como exemplos os hormônios sexuais como a testosterona o estrógeno e a progesterona. O colesterol é um lipídio, portanto, ele dificilmente vai se dissolver no sangue que é feito de água. Dessa forma, o colesterol terá que estar associado a proteínas, formando o LDL (o mau colesterol, lipídio associado a proteína de baixa densidade) e o HDL (e o bom colesterol, lipoproteína de alta densidade) que são dois tipos de colesteróis encontrados no nosso sangue. O bom colesterol é responsável por tirar essa substância do sangue e leva para o fígado para ser degradada. O mau colesterol tira essa substância do sangue é leva direto para célula, mas a célula precisa do LDL até um certo limite, então o que ocorre é que resto do colesterol fica retido no sangue e se acumula nas paredes de artérias, formando placas de ateroscleroma, essas placas obstruem a passagem do sangue, podendo causar infartos e derrame cerebral.

Então é importante lembrar que:

• Os lipídios são classificados em simples, compostos e esteroides.
  
  
• Os lipídios simples são as gorduras e os óleos. As gorduras servem, em animais, como reserva energética e como isolante térmico, enquanto os óleos são reservas energéticas de vegetais, principalmente em sementes.
  
  
• O fosfolipídio é um lipídio composto que forma as membranas plasmáticas de todas as células.
  
  
• O colesterol é um esteroide importante que serve para a produção de alguns hormônios (testosterona, estrógeno, progesterona), da bile e das membranas plasmáticas das células animais, aumentando-lhes a resistência.
  
  
• Há dois tipos de lipoproteínas que carregam colesterol: o LDL (colesterol de baixa densidade, considerado o mau colesterol) e o HDL (colesterol de alta densidade, considerado o bom colesterol). O excesso de colesterol no sangue gera as placas de ateroscleroma, que podem obstruir a passagem de sangue nos vasos.

Proteínas

As proteínas são uma das substâncias mais abundantes nos animais, perdendo somente para a água. As proteínas tem basicamente três funções uma delas é a estrutural, pois as proteínas estão na construção de ossos, cabelo, unha, além da membrana das células, Outra função das proteínas é a função catalizadora, que serve para acelerar as reações químicas, essas são proteínas chamadas de enzimas. A terceira função das proteínas é a função de defesa do organismo, os chamados anticorpos que são produzidos pelo nosso sistema imunológico.

As proteínas são formadas por aminoácidos, na natureza tudo é formado por aminoácido, veja a estrutura básica do aminoácidos logo abaixo:

Há 20 tipos de aminoácidos na natureza, e esses são organizados em 2 grandes grupos, sendo os aminoácidos naturais (os produzidos pelo próprio organismo, os humanos são capazes de produzir 12 tipos dos naturais) e os aminoácidos essenciais ou não naturais (São aqueles que o organismo não é capaz de produzir assim é necessário obtê-los por alimentação, nos humanos são os outros 8 aminoácidos).

Existem três alimentos nos quais podemos encontrar os aminoácidos essenciais em quantidade satisfatória, esses são as carnes, leite e ovos. 

Os aminoácidos tendem a se ligar pela ligação petídica que é uma ligação química que ocorre entre duas moléculas quando o grupo carboxilo de uma molécula reage com o grupo amina de outra molécula, libertando uma molécula de água (H₂O). Isto é, uma reação de síntese por desidratação que ocorre entre moléculas de aminoácidos.

Quando nós juntamos dois aminoácidos nos obtemos uma molécula chamada  de dipeptídio, já quando temos três aminoácidos temos um tripeptídio e quando temos mais de quatro aminoácidos temos um polipeptídio.Todas proteínas tem dezenas de aminoácidos, então todas as  proteínas são polipeptídios, porém, nem todo polipeptídio é uma proteína

Mas como células montão proteínas?Imagine uma célula, onde o DNA comanda todas as reações químicas, mandando uma recita chamada de RNA mensageiro para os ribossomos, esses são organelas que constroem as proteínas, mas para construí-las três informações são importantes, a quantidade de aminoácidos, o tipo e em que ordem eles devem ser colocados. Sendo assim temos três fatores que fazem as proteínas variarem, ou seja, serem diferente uma das outras. O primeiro determinante é a quantidade de aminoácidos, o segundo fator é o tipo de aminoácido que nos encontramos na proteína e o ultimo é a ordem dos aminoácidos.É importante lembrar que:

• A molécula de um aminoácido apresenta um carbono central, um hidrogênio, um grupo amina e outro carboxila, além de um radical variável, que os diferencia.
• Os aminoácidos podem ser naturais (produzidos pelo próprio organismo) ou essenciais (necessariamente obtidos dos alimentos).
• A ligação peptídica une aminoácidos através do grupo amina de um com o grupo carboxila do outro.
• As proteínas podem ser diferentes entre si, em razão de variações na quantidade, na sequência e no tipo de aminoácidos presentes em sua composição.

Uma vez que a proteína é formada, ela é chamada de estrutura primaria, essa é uma estrutura linear, essa estrutura não tem ordenação ainda, ela precisa amadurecer, ela precisa se transformar em estrutura secundaria se tornando uma alfa-beta ou folha beta.. Logo depois os aminoácidos enrolam em si mesmo formando a estrutura terciaria na qual a maior parte das proteínas permanecem.Em alguns casos varias estruturas terciarias se juntam formando estruturas quaternária, cada uma dessas estruturas quaternárias possuem quatro unidades de estrutura terciaria. 

Então a estrutura primaria nada mais é do que um fio de aminoácidos, a secundaria é a estrutura primaria enrolada sobre ela mesma sendo mantida por pontes de hidrogênio.Já a estrutura terciaria se enrola sobre ela mesma, gerando uma forma definitiva e uma função definitiva, portanto essa forma é muito importante porque caso ela se modifique ela perde sua função. 

Alguns agentes podem desnaturar a forma de uma proteína.Um dos agentes mais comum é o calor acima de 40° há 50°, variando de enzima pra enzima, mas quando a desnaturação é provocada pelo calor, ao se estabilizar a temperatura novamente, em alguns casos essa proteína pode recuperar sua forma novamente e continuar com sua função.Outros agentes desnaturantes são a mudança brusca de PH, sabão e o álcool.

Outros tipos de proteínas são as encontradas nos músculos, as chamadas contrateis, são elas a actina e a miosina responsáveis pelas contrações e também o  relaxamento dos músculos.Já um outro tipo de proteína bem comum no nosso corpo, é o colágeno, que é encontrada nos ossos e cartilagens.Por fim temos as proteínas transportadoras como é o caso da hemoglobina (essa tem estrutura quaternária) e proteínas que além de constituírem a membrana plasmática também transporta substâncias.  Então é importante saber que:

• As proteínas recém-sintetizadas pelos ribossomos apresentam estrutura primária (linear), passando a estrutura secundária (alfa hélice ou folha beta) e terminando na estrutura terciária (forma espacial da molécula) que determinará sua função. Algumas proteínas são formadas pela união de estruturas terciárias, sendo consideradas estruturas quaternárias.
• Alguns fatores, como o calor, podem alterar a forma da proteína, impedindo seu funcionamento (desnaturação).
• Algumas proteínas têm função contrátil (actina e miosina); outras formam as membranas plasmáticas; e outras ainda formam ossos e cartilagens (colágeno).

Enzimas

As enzimas são substâncias presentes em vários produtos utilizados em nosso cotidiano. Um desses produtos é o sabão em pó utilizado na lavagem de roupas. As enzimas atuam na remoção de manchas ou restos de alimentos. As lipases eliminam substâncias gordurosas como óleo ou graxa; as proteases degradam substâncias proteicas presentes no sangue e restos de carne; e as enzimas que degradam pectina eliminam manchas de frutas.As enzimas, além de eficientes na limpeza, são biodegradáveis, contribuindo para a diminuição dos danos causados pelo sabão ao meio ambiente.

É importante saber que enzimas são proteínas catalizadoras, um catalizador é uma acelerador de reações químicas.Então vamos imaginar uma reação química na qual uma substancia ''A'' irá reagir com uma substância ''B'' originando um produto ''C'' (A+B --> C), para que essa reação aconteça, é necessário fornecer energia, mas sempre que fornecemos energia para uma reação, uma parte dessa energia se perde na forma de calor, se esse calor for excessivo ele poderá prejudicar a célula ao desnaturar as proteínas e as  próprias enzimas.Essa energia  necessária para reação acontecer  é chamada de energia de ativação.Sem a enzima a quantidade de energia de ativação para a reação química é muito alta o que geraria uma grande quantidade de calor. A opção então é usar as enzimas afim de gastar menos energia.

Que nomes podemos dar as enzimas?A nomenclatura dessas é dada de acordo com o substrato que uma enzima age com a terminação ''ase''.Amido/amilase, proteína/protelase, Lipídio/lipase, sacarose/sacarase.

Toda enzima tem uma estrutura terciaria que irá dar a função dela, e a enzima tem um local de encaixe chamado sitio de ligação ou sitio ativo.A forma que a enzima tem é muito especifica sendo fundamental para que o substrato possa se encaixar nela.Para explicara forma da enzima em relação ao seu substrato foi elaborado um modelo do tipo ''chave - fechadura''.As enzimas servem tanto pra reação de quebra de molécula quanto para reação de construção. 

Vimos então que o sitio de ligação da enzima se encaixa ao substrato.Porém tem substâncias com a forma do substrato que podem se encaixar nas enzimas, esse tipo de substância é chamado de inibidor, é fará uma inibição por competição, pois quando esse se liga a enzima impede o substrato de liga-la, diminuindo a velocidade da reação. Devemos saber que:

• As enzimas aceleram ou facilitam as reações químicas, diminuindo a energia de ativação necessária para a sua ocorrência.
• As enzimas apresentam um sítio ativo ou sítio de ligação que gera alta especificidade por seu substrato.
• As enzimas podem ser inibidas por competição.
• O modelo “chave-fechadura” é aceito para mostrar o mecanismo de funcionamento das enzimas.
• A desnaturação enzimática prejudica o funcionamento das enzimas.

Quando falamos em enzimas precisamos saber que existem fatores que influenciam na atividade das enzimas, o que significa dizer que exitem fatores que fazem com que a enzima trabalhe melhor ou pior, fazendo com que a reação ocorra de forma mais rápida ou mais lenta. O primeiro desse fatores é a temperatura 

 Observe que em 40 e 80 °c as enzimas humanas e bacterianas trabalham em ponto ótimo, porém quando essa temperatura cai ou aumenta a velocidade de reação diminui, até o ponto que a temperatura causa a desnaturalização dessas enzimas. 

Lembrando que não conseguirmos obter esse gráfico dentro do corpo humano, isso teria que ser feito em um laboratório com tubos de ensaio, porque o corpo mantém a temperatura constante, e não conseguiríamos fazer essa temperatura cair para 10° ou 100°. Então a vantagem de se manter a temperatura constante é que as enzimas trabalham sempre no ponto ótimo e a reação química tem a melhor velocidade possível.E é exatamente isso que ocorre no corpo de animais endotérmicos cuja a temperatura é homeotérmica(aves e mamíferos). Já os animais exotérmicos, não conseguem manter sua temperatura  constante, sendo chamado de heterotérmicos ou pecilotérmicos (peixe, anfíbios, e repetes), se as enzimas nesses animais trabalham mal, já da pra imaginar que eles ficaram lentos sendo capturados facilmente por predadores.

 

Outro fator que vai alterar a ação das enzimas é o PH, essa é uma medida de acides e alcalinidade, sendo o 7 um PH neutro, do 0 ao 7 um PH cada vez mais acido, e do 7 ao 14 cada vez mais básico.As enzimas atuam em diferentes PHs, a enzima do gráfico rosa corresponde a pepsina do estomago que trabalha bem em PH acido, uma outra enzima é ptialina encontrada na boca que trabalha bem no PH 7, é por ultimo a enzima do gráfico roxo a tripsina que trabalha bem em PH básico e é encontrada no duodeno o início do intestino delgado. 

O ultimo fator que influencia no processo enzimático é a quantidade de substratos.A velocidade da reação aumenta na medida que o substrato cresce até que a quantidade de substrato ultrapasse a quantidade de enzimas, assim quando uma enzima termina com um substrato ela pega outro e outro fazendo com que a velocidade de reação se torne constante.

   Sobre o que acabamos de ver em enzimas, em suma, veja abaixo o que você precisa lembrar:

• A temperatura influencia a atividade das enzimas, as quais apresentam sempre uma temperatura ótima de ação que varia de uma para outra. Quanto mais distante de sua temperatura ótima, pior é o desempenho da enzima.
• Animais endotérmicos/homeotermos mantêm as enzimas sempre em sua temperatura ótima, mantendo o metabolismo normal mesmo em ambientes frios.
• O pH influencia a atividade das enzimas, as quais apresentam sempre um pH ótimo de ação que varia de uma para outra. Quanto mais distante de seu pH ótimo, pior é o desempenho da enzima.
• A concentração de substrato resulta em variação da velocidade da reação enzimática. O aumento de substrato leva ao aumento da velocidade da reação química até ao ponto em que a reação atinge a velocidade máxima, que se manterá enquanto houver substrato.