Bio­moléculas

Os lipídios (ou lipídeos) formam uma classe abrangente de substâncias orgânicas apolares (ou pouco polares), insolúveis em água, que inclui gorduras, óleos, alguns tipos de ceras, e até mesmo vitaminas e hormônios.

Ácidos graxos

Gorduras e óleos têm estruturas químicas semelhantes, que envolvem cadeias longas derivadas de ácidos carboxílicos. Ácidos carboxílicos com cadeias carbônicas alifáticas longas (e geralmente não ramificadas) são chamados de ácidos graxos. As cadeias carbônicas de ácidos graxos costumam ter entre 4 e 20 átomos de carbono, e podem ser saturadas ou insaturadas, como mostra a Tabela 36.1.

Os ácidos graxos saturados têm cadeias “lineares”. Os ácidos graxos insaturados têm ligações duplas C=C, tipicamente na configuração cis, o que costuma deixar as cadeias “quebradas” ou “dobradas”. Isso interfere nas propriedades físicas, como por exemplo a temperatura de fusão. As moléculas “lineares” dos ácidos graxos saturados interagem melhor entre si, aumentando o ponto de fusão; já as moléculas “dobradas” dos ácidos graxos insaturados não conseguem se “empilhar” como as lineares, diminuindo as interações intermoleculares e diminuindo o ponto de fusão.

O número de insaturações interfere também no formato da molécula e nas propriedades do ácido graxo, por isso os ácidos graxos insaturados são divididos em monoinsaturados (têm apenas uma ligação C=C) e poli-insaturados (têm mais de uma ligação C=C).

Triglicerídios

É comum que cadeias de ácidos graxos estejam combinadas em outras formas mais complexas, como os triglicerídios. Triglicerídios (ou triacilgliceróis) são ésteres formados pela junção de três cadeias de ácidos graxos (iguais ou diferentes) com uma molécula de glicerol (nome trivial do álcool propano-1,2,3-triol). Os três grupos OH do glicerol reagem com os grupos COOH dos ácidos graxos e formam o triglicerídio, que é um triéster. O nome “triacilglicerol” se refere à substituição dos H dos OH da molécula de glicerol por três grupos acil (R−CO−).mono-e-didiglicerídios

A presença ou não de insaturações nas cadeias dos ácidos graxos interfere nas propriedades do triglicerídio: lembre-se que quando há ligações C=C cis na cadeia, elas são um ponto de “dobra” e a cadeia deixa de ser praticamente “reta”, como as cadeias saturadas. Dessa forma, as cadeias insaturadas não conseguem se manter tão próximas, enquanto cadeias saturadas conseguem. Assim, triglicerídios saturados têm mais interações intermoleculares, que aumentam sua temperatura de fusão. Quando o triglicerídio é sólido à temperatura ambiente, costumamos chamá-lo de gordura, e isso ocorre tipicamente quando as cadeias são saturadas. Quando as cadeias têm ligações C=C cis, a temperatura de fusão é mais baixa, e o triglicerídio é líquido à temperatura ambiente, sendo chamado de óleo. A maioria das gorduras tem origem animal, já os óleos vêm principalmente de plantas, como o milho, a soja, e as azeitonas.

Os triglicerídios são insolúveis em água, devido às longas cadeias hidrocarbônicas, que são essencialmente apolares; por isso, gorduras e óleos não são miscíveis com a água, sendo chamados de substâncias hidrofóbicas.

Ceras

Existem vários tipos de cera, desde a automotiva até a de ouvido, e elas não têm a mesma composição. Algumas dessas ceras são lipídios, especificamente ésteres de ácidos graxos, mas não com o glicerol.outras-ceras Ceras biológicas são ésteres de ácidos graxos com álcoois de cadeias carbônicas longas (por vezes chamados de álcoois graxos).

Um exemplo de éster assim é o palmitato de triacontanila, o principal componente da cera de abelha:

Esse éster é obtido pela reação do ácido palmítico com o triacontan-1-ol, um álcool com 30 carbonos; o ponto de fusão do palmitato de triacontanila é em torno de 65°C.

Ceras têm pontos de fusão mais altos que triglicerídios, são maleáveis, e são essencialmente apolares. Por isso, são materiais hidrofóbicos; certos animais excretam ceras para manterem-se impermeáveis à água, protegendo a pele, pelos e penas.

Várias ceras têm aplicações em indústrias como a farmacêutica e a cosmética, sendo usadas na formulação de pomadas e loções, como a cera de abelha, a cera de carnaúba, o espermacete de baleia (uma cera encontrada na cabeça de cachalotes)espermacete, e a lanolina (vinda da lã de cordeiro). A cera de carnaúba é bastante usada como cera de carros.

Fosfolipídios

Uma classe de lipídios essencial para a existência das células é a dos fosfolipídios. Um fosfolipídio é uma molécula com duas partes, uma “cauda” longa apolar, e uma “cabeça” curta polar — de maneira similar aos triglicerídios, mas só que com um grupo fosfato na “cabeça” polar.

Um tipo específico de fosfolipídio é o fosfoglicerídio (ou glicerofosfolipídio). Ele tem estrutura similar ao triglicerídio, só que um dos grupos OH do glicerol não está esterificado com um ácido graxo, mas sim com uma parte da molécula que contém o grupo fosfato. Assim, é como se uma molécula dessa tivesse uma “cabeça” polar (que inclui o grupo fosfato) e duas “caudas” apolares (que são cadeias vindas de ácidos graxos).

Fosfoglicerídios estão presentes nas membranas plasmáticas das células, arranjados numa dupla camada. Nessa dupla camada, as “caudas” apolares ficam “para dentro”, enquanto as duas faces da membrana são formadas pelas “cabeças” polares — que interagem melhor com os meios extra- e intracelulares, que costumam ser aquosos.

Os carboidratos são uma classe de substâncias polares, cujas moléculas só têm carbono, hidrogênio e oxigênio. As fórmulas moleculares dos carboidratos podem ser interpretadas como se fossem uma junção de átomos de carbono com moléculas de água (por isso o nome “carboidrato”: hidrato de carbono); por exemplo, a glicose é um carboidrato e tem fórmula C₆H₁₂O₆, que pode ser “reordenada” como C₆(H₂O)₆.

Os carboidratos incluem os açúcares e outras substâncias de importância nutricional e biológica, como o amido, a celulose e o glicogênio.

Monossacarídios

É possível separar os carboidratos de acordo com a possibilidade de eles terem a molécula “quebrada” por água (ou seja, se eles sofrem reações de hidrólise ou não).

Monossacarídios são carboidratos que não sofrem hidrólise. Açúcares simples, como a glicose e a frutose, são monossacarídios. A estrutura geral de um monossacarídio inclui uma carbonila (na forma de aldeído ou cetona) e várias hidroxilas. Se a carbonila estiver na ponta da cadeia (aldeído), dizemos que o monossacarídio é uma aldose (que tecnicamente é um poli-hidroxialdeído). Agora, se a carbonila estiver no meio da cadeia (cetona), dizemos que ele é uma cetose (uma poli-hidroxicetona). A glicose, por exemplo, é uma aldose; já a frutose é uma cetose.

As fórmulas acima usam a notação de Fischer. Lembre-se que, nesse tipo de representação, cada “cruz” indica um carbono assimétrico, e as ligações horizontais devem ser interpretadas como estando à frente do plano do desenho e as ligações verticais devem ser interpretadas como estando para trás do plano do desenho.

Já deu pra notar que o sufixo -ose é muito comum quando se trata de carboidratos. Ele aparece também em termos que dizem quantos carbonos tem um monossacarídio: uma triose tem três carbonos, uma tetrose tem quatro, uma pentose tem cinco, uma hexose tem seis, e assim por diante.

Configurações D e L

Os monossacarídios têm vários carbonos assimétricos, e cada um deles pode ter uma configuração — (R) ou (S) — dando origem a vários isômeros ópticos. Por isso, os monossacarídios são opticamente ativos, e podem ser dextrógiros (+) ou levógiros (−).

Além dessas classificações, existe uma outra, baseada no gliceraldeído. Essa molécula pode ser considerada a menor aldose:

O gliceraldeído tem um carbono assimétrico, portanto existe na forma de dois enantiômeros. O (R)-gliceraldeído é dextrógiro, e o (S)-gliceraldeído é levógiro:

Na projeção de Fischer do gliceraldeído dextrógiro (R) com a carbonila no topo, o carbono assimétrico tem um H à esquerda e um OH à direita; já o gliceraldeído levógiro (S) tem o OH à esquerda e o H à direita. Isso levou à criação de uma notação para os monossacarídios que diferencia eles como D ou L.d-l

Em outros monossacarídios, desenha-se a projeção de Fischer, com a carbonila próxima ao topo, e então se observa o último carbono assimétrico, na parte de baixo. Se esse carbono assimétrico estiver com o OH à direita (como o gliceraldeído dextrógiro), o monossacarídio é D; se o OH estiver à esquerda (como o gliceraldeído levógiro), o monossacarídio é L.

Essa denominação não está associada à atividade óptica do monossacarídio; existem monossacarídios D-(+), D-(−), L-(+) e L-(−). A imagem especular de um monossacarídio D é um monossacarídio L.

A maioria dos monossacarídios encontrados em organismos vivos está na forma D… e até hoje não se sabe exatamente o porquê.

Formas cíclicas dos monossacarídios

Os monossacarídios podem assumir uma forma diferente, com a cadeia carbônica fechada. Isso acontece porque a carbonila pode reagir com uma hidroxila que está na outra ponta da cadeia, formando um ciclo. Por exemplo, abaixo estão algumas formas cíclicas que a glicose e a frutose podem assumir:

Perceba que os ciclos têm cinco ou seis átomos, e têm um átomo de oxigênio dentre eles. Como esses ciclos se parecem um pouco com outras duas substâncias orgânicas, o furano e o pirano, essas formas são chamadas respectivamente de forma furanose e piranose.

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Dissacarídios

Quando duas moléculas de monossacarídio se juntam, eliminando uma molécula de água, dizemos que se formou um dissacarídio. Sacarose (o açúcar comum) e lactose (açúcar do leite) são dissacarídios: a sacarose é formada pela junção glicose–frutose e a lactose é formada pela junção glicose–galactose.

Polissacarídios

É possível continuar fazendo mais ligações glicosídicas entre monossacarídios, aumentando a cadeia carbônica. Moléculas que são formadas por algumas unidades de monossacarídios unidas são chamadas de oligossacarídios (oligo, em grego, significa “pouco”). Um oligossacarídio interessante é a maltodextrina, formada por entre 3 e 20 unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas; a maltodextrina é um derivado do amido, e é usada como suplemento energético para praticantes de musculação por ser um carboidrato de absorção rápida.

Quando há várias unidades de monossacarídios ligadas, temos um polissacarídio. Um polissacarídio pode ter até milhares de unidades de monossacarídio. Os polissacarídios mais comuns são o amido, o glicogênio e a celulose.

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As proteínas são moléculas muito grandes formadas pela junção de vários aminoácidos.

Aminoácidos são substâncias que têm um grupo carboxila (correspondente à função ácido carboxílico) e um grupo amino (correspondente à função amina). De importância imediata para a nossa discussão, devemos destacar aminoácidos em que o grupo amino está ligado ao carbono vizinho do carbono da carboxila; chamamos esses aminoácidos de α-aminoácidos (alfa-aminoácidos).

Existem em torno de vinte α-aminoácidos importantes para os organismos vivos. Todos eles têm pelo menos um grupo NH₂ e um grupo COOH. A diferença está no resto da cadeia: alguns têm cadeias apolares, outros têm cadeias polares, alguns podem ter outro grupo NH₂ ou COOH, alguns podem ter enxofre ou até mesmo selênio.

É comum considerarmos os aminoácidos na forma neutra, mas dependendo do pH em que eles estão, o grupo COOH perde um próton (H⁺) e o grupo NH₂ ganha um próton. Quando o aminoácido está nessa forma, com grupos NH₃⁺ e COO⁻, dizemos que ele está na forma zwitterion ou na forma de íon dipolar.zwitterion

Quando dois aminoácidos se juntam, reagindo o grupo amino de um deles com a carboxila do outro, dizemos que se forma uma ligação peptídica. Dois aminoácidos juntos dessa forma são considerados um dipeptídio. Se esse dipeptídio continuar se juntando com outros aminoácidos, chegamos na cadeia polipeptídica de uma proteína.

A formação de uma ligação peptídica junta os dois aminoácidos (formando um grupo amida, −CONH−) e elimina uma molécula de água; é possível reverter essa reação, voltando aos aminoácidos originais (é assim que obtemos os aminoácidos na nossa alimentação, quebrando as ligações peptídicas das proteínas).

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As cadeias de proteínas não são as únicas coisas importantes nelas. Uma proteína tem alguns níveis de “estruturas”. A estrutura primária de uma proteína é, pura e simplesmente, a sequência de aminoácidos dela. Quanto maior a cadeia da proteína, começam a se formar regiões com certos padrões de formatos e interações intermoleculares, como hélices e folhas; essas regiões constituem a estrutura secundária da proteína.

O arranjo tridimensional da cadeia da proteína, com as estruturas secundárias se “embolando” umas sobre as outras, é a estrutura terciária da proteína. Caso a proteína seja formada por várias cadeias polipeptídicas, ela também tem uma estrutura quaternária, que é o jeito que essas cadeias se arranjam espacialmente uma em relação às outras.

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O DNA (ácido desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico) são moléculas extremamente importantes nas células, já que carregam informações genéticas, usadas para a fabricação de proteínas. O DNA e o RNA são ácidos nucleicos, macromoléculas que contém sequências de “pedaços” chamados nucleotídios.

Um nucleotídio é formado por três partes: um grupo fosfato, um monossacarídio, e uma base nitrogenada. O monossacarídio pode ser a D-ribose (no RNA) ou a 2-desoxi-D-ribose (no DNA) — ambos na forma cíclica, num ciclo de cinco membros.desoxirribose

As bases nitrogenadas são heterociclos com nitrogênio, derivados da purina or pirimidina. No DNA e no RNA existem, no total, cinco bases nitrogenadas; duas são derivadas da purina: a adenina e a guanina; três são derivadas da pirimidina: citosina, timina e uracila. Tanto o DNA quanto o RNA têm adenina, guanina e citosina; além dessas, o DNA tem timina e o RNA tem uracila.