Metabolismo e funcionamento celular

Como se organiza uma célula para executar as funções metabólicas?

As células dos organismos multicelulares estão divididas em dois compartimentos principais separados por membranas: o núcleo e o citoplasma. O núcleo tem em seu interior a quase totalidade do DNA que existe na célula e, desta forma, é o local onde se armazenam as informações necessárias para o funcionamento celular adequado. O citoplasma é o lugar onde ocorre toda a síntese protéica. Ele contém diversas organelas (mitocôndrias, lisossomos e peroxissomos) e compartimentos (sistema retículo-endoplasmático e complexo de Golgi), delimitados por membranas. Algumas funções metabólicas vão acontecer somente na matriz citoplasmática, outras nas mitocôndrias, nos lisossomos ou nos peroxissomos. Existe, desta forma, uma segregação e especialização de funções dentro das células.

Para que serve o lisossomo?

O lisossomo está envolvido na degradação de alguma macromoléculas pouco solúveis em água, tais como polímeros de açúcar e lípides complexos. O lisossomo origina-se a partir do complexo de Golgi e possui, em sua membrana, proteínas transportadoras de prótons (H+), responsável pelo pH ácido de seu interior. O lisossomo possui sistema para reconhecer e captar enzimas produzidas no citoplasma e destinadas a atuar no seu interior. Quando uma destas enzimas não funciona adequadamente, ocorre um acúmulo de seu substrato dentro do lisossomo que poderá comprometer o funcionamento da célula. Alternativamente, este substrato acumulado poderá ser transformado, por meio de via metabólica alternativa, em produto tóxico para a célula.

O que é o peroxissomo?

O peroxissomo é uma organela que está presente em praticamente todas as células e possui funções anabólicas e catabólicas. Foi nomeado a partir da presença, em sua matriz, da enzima catalase, responsável pela eliminação de radiciais peróxido. Entre as suas funções, destacam-se:

• Metabolização de sais biliares.
• Metabolização de ácidos graxos, especialmente os de cadeia muito longa (com 24 ou mais carbonos).
• Metabolização de oxalato.
• Eliminação de radicais peróxido (H2O2).
• Síntese de plasmalogênio, um importante componente da membrana celular

Para que serve a mitocôndria?

A mitocôndria é uma organela intracelular citoplasmática presente grande número em praticamente todas as células e que possui características bastante peculiares. Todas as mitocôndrias são herdadas da mãe, uma vez que o citoplasma do espermatozóide não é incorporado ao zigoto. Ela possui uma forma alongada, com duas membranas: uma externa, que possui poros que permitem a passagem de proteínas de baixo peso molecular e de pequenas moléculas e outra interna, praticamente impermeável. Cada mitocôndria possui de duas a três moléculas de DNA mitocondrial circular, que codifica 13 peptídeos que vão fazer parte de 4 dos 5 complexos protéicos envolvidos com a respiração celular. Desta forma, uma pequena parte das proteínas existentes nas mitocôndrias é codificada e produzida em seu próprio interior e, as demais, de codificação nuclear, são importadas do citoplasma. Na mitocôndria estão as enzimas envolvidas com o ciclo de Krebs (que vai produzir NADH e FADH, necessários para a geração de ATP), com o complexo da desidrogenase pirúvica (que faz a junção entre a glicólise e o ciclo de Krebs), com a maior parte do ciclo da uréia (envolvida na eliminação de amônia), com a oxidação fosforilativa (responsável pela produção de ATP) e com a beta oxidação de lípides (redução progressiva do tamanho da cadeia de carbono dos ácidos graxos, com produção de acetil-coenzima A, que vai ser metabolizada no ciclo de Krebs).

Como a célula produz energia (ATP)?

A energia que a célula precisa para se manter operante é gerada em grande parte na mitocôndria, na forma de adenosina trifosfato (ATP). O ATP é um composto que ao ter quebrada uma de suas ligações fosfato (gerando ADP + P), libera energia. Esta será utilizada em, praticamente, todas as funções celulares que necessitam de energia. A glicose, os ácidos graxos e, em menor escala, os aminoácidos, podem ser utilizados na produção de ATP.

A produção de energia envolve diversas vias metabólicas, incluindo a quebra da glicose ou glicólise e a oxidação de lípides. Estas duas vias vão produzir acetil CoA que, no ciclo de Krebs, vão gerar NADH e FADH, que por sua vez serão utilizados na oxidação fosforilativa para produzir ATP. A glicólise ocorre na matriz citoplasmática e todas as demais vias metabólicas aqui referidas na mitocôndria. A glicólise e o ciclo de Krebs vão gerar pequena quantidade de ATP, sendo a oxidação fosforilativa a maior responsável pela produção do ATP consumido pela célula.

Como a célula mantém e busca as informações necessárias para seu funcionamento?

A informação para produzir uma proteína está co.ntida no gene presente no DNA. Este tem que ser transcrito em RNA mensageiro que, por sua vez, deve ser transportado para o citoplasma e traduzido em proteína no ribossomo. Após a síntese, esta proteína poderá sofrer várias mudanças, com a adição de açúcares (glicolização) e ácidos graxos, modificação de determinados aminoácidos (como a hidroxilação da prolina, formando a hidroxiprolina), a formação de pontes de enxofre entre duas cisteínas e a supressão de determinadas seqüências peptídicas; ela poderá interagir com outras proteínas, formando complexos protéicos. Algumas proteínas estão presentes em todas as células enquanto outras são encontradas em apenas um tipo de tecido. O que define em qual tecido e quando uma proteína estará presente são as informações existentes na chamada região controladora de um gene.

As características de uma célula dependem do repertório de genes que ela expressa; uma mudança neste repertório leva à mudança de suas características. Fatores externos à célula interferem com sua atividade metabólica: mensagens que chegam à sua superfície, como hormônios, são detectadas por receptores que a transmitem para o interior da célula, ativando ou inibindo vias metabólicas e aumentando ou reduzindo a expressão de determinados genes. A atividade celular final resulta, portanto, da interrelação entre as informações oriundas do exterior com aquelas geradas internamente.

Quais são os compostos químicos básicos das células?

Os compostos químicos básicos da célula são quatro:

Aminoácidos, que vão constituir a proteínas, e serão responsáveis pela maior parte da diversidade morfológica e funcional das células.
Ácidos nucléicos, que vão fazer parte do DNA, do RNA e de compostos envolvidos com funções de síntese e catabolismo (ATP, NAD, FAD, , etc.)
Lípides (ácidos graxos), tendo importantes funções estruturais e sendo a principal reserva de energia dos organismos multicelulares.
Açúcares (hidratos de carbono), também com funções estruturais e de reserva energética.

É importante frisar que no RNA e DNA, os ácidos nucléicos encontram-se ligados a açúcares (ribose e deoxiribose, respectivamente) e que muitas proteínas são modificadas pela adição de lípides e açúcares.

• Como são produzidas as proteínas?

A multiplicidade de funções e a plasticidade estrutural dos organismos vivos é decorrente da presença de proteínas. Elas são constituídas por aminoácidos e possuem a seguinte estrutura básica:

Dos inúmeros aminoácidos existentes, apenas vinte são utilizados na síntese de proteínas. A variedade de combinações lineares possíveis entre os aminoácidos por meio de ligações peptídicas, ou seja, entre o grupo NH2 de um aminoácido com o grupo COOH de outro, confere a possibilidade de se produzir grande número de proteínas com diferentes características.

As proteínas ingeridas são quebradas com a ajuda de enzimas digestivas e seus componentes básicos, os aminoácidos, são absorvidos. Os aminoácidos podem então ser utilizados para a produção novas proteínas, degradados para produção de energia ou, algumas vezes, convertidos em outros aminoácidos. Dos vinte aminoácidos que entram na constituição das proteínas, oito não podem ser gerados pelo organismo e são considerados essenciais. Os processos de transporte, interconversão e degradação dos aminoácidos envolvem diferentes proteínas que, quando defeituosas, determinam o acúmulo no plasma e aumento da eliminação na urina de aminoácidos ou de intermediários de sua degradação. O teor de aminoácidos no plasma é controlado de forma mais ou menos rígida e variações acentuadas de seus níveis podem ter efeitos danosos ao organismo.

O que são ácidos graxos?

Os ácidos graxos são substâncias que possuem uma cadeia de carbono e um grupo carboxílico (COOH) terminal.

A porção terminal carboxílica dos ácidos graxos é polar e portanto hidrofílica; a cadeia de carbonos é apolar e hidrófoba. Na circulação, e quando depositados em adipócitos, eles se encontram geralmente ligados ao glicerol, constituindo os triglicérides, ou ao colesterol, formando ésteres de colesterol.

A maior parte dos ácidos graxos de importância biológica tem um número par de átomos de carbono.

Como são classificados os ácidos graxos?

Os ácidos graxos podem ser classificados de acordo com o número e o grau de saturação (hidrogenação) dos átomos de carbono e de acordo com o número de grupos carboxílicos (COOH).

De acordo com o número de átomos de carbono, os ácidos graxos são podem ser de:

• Cadeia curta, quando possuem de 4 a 8 carbonos
• Cadeia média, quando têm de 10 a 14 carbonos
• Cadeia longa, quando têm de 16 a 22 carbonos
• Cadeia muito longa, quando possuem mais de 22 carbonos

Os ácidos graxos são denominados saturados quando têm apenas ligações simples entre os seus átomos de carbono, monoinsaturados quando possuem uma única dupla ligação entre eles e poli-insaturados quando têm mais de uma dupla ligação.

Quando ao número de grupos carboxílicos os ácidos graxos podem ser mono, di ou tricarboxílicos. Estes últimos são importantes componentes do ciclo de Krebs. Os ácidos dicarboxílicos insaturados de importancia biológica são os que se seguem:

2 carbonos: oxálico
3 carbonos: malônico
4 carbonos: succínico
5 carbonos: glutárico
6 carbonos: adípico
8 carbonos: sebácico
10 carbonos: subérico

Na nomenclatura dos ácidos graxos monocarboxílicos, o carbono do grupo carboxílico (COOH) recebe o número 1 e os que o precedem os números 2, 3 e assim sucessivamente. O carbono 2 é também chamado de alfa (a), o 3 beta (b), o 4 gama (d), e assim por diante. O carbono mais distante do grupo carboxílico é chamado de omega (w). A existência de uma dupla ligação entre os carbonos é representada pelo símbolo D, seguido pelo número do carbono que está mais próximo do grupo carboxílico.

A nomenclatura abreviada dos ácidos graxos monocarboxílicos leva em conta o número de átomos carbono e de duplas ligações. Assim C10:0 representa um ácido graxo de 10 carbonos, sem duplas ligações, e C10:1 simboliza um ãcido graxo com uma dupla ligação entre seus 10 carbonos.

O que são e como são classificados os hidratos de carbono?

Os hidratos de carbono, ou carboidratos, são compostos não nitrogenados que têm a fórmula genérica [CH2O]n. O número n deve ser superior a 2 e, de acordo com o número de carbonos, os hidratos de carbono são denominados de triose (3), tetrose(4), pentose (5), hexose (6) e heptulose (7 carbonos). Os hidratos de carbono podem formar compostos poliméricos, como o glicogênio e os glicosaminoglicanos (mucopolissacárides) e vão exercer importantes funções estruturais. Podem, também, se incorporar a outros compostos como proteínas (glicolização), ácidos nucléicos (formando nucleotídeos) e lípides (dando origem a glicolípides). Eles são metabolizados pela glicólise e pelo ciclo da pentose, tornando-se fonte de ATP e de NADH.

Os hidratos de carbono mais importantes para a célula são as hexoses (frutose, glicose, galactose) e as pentoses (ribose e deoxiribose). As hexoses podem combinar em dímeros formando os dissacárides, entre os quais temos a sacarose (glicose + frutose) e a lactose (galactose + glicose).