Biomolécula - Biomolecule

Uma representação da estrutura 3D da mioglobina , mostrando hélices alfa , representadas por fitas. Essa proteína foi a primeira a ter sua estrutura resolvida por cristalografia de raios X de Max Perutz e Sir John Cowdery Kendrew em 1958, pelo que receberam o Prêmio Nobel de Química

Uma biomolécula ou molécula biológica é um termo vagamente usado para moléculas presentes em organismos que são essenciais para um ou mais processos biológicos típicos , como divisão celular , morfogênese ou desenvolvimento . As biomoléculas incluem grandes macromoléculas (ou polianions), como proteínas , carboidratos , lipídios e ácidos nucléicos , bem como pequenas moléculas , como metabólitos primários , metabólitos secundários e produtos naturais . Um nome mais geral para essa classe de material é materiais biológicos. As biomoléculas são um elemento importante dos organismos vivos, essas biomoléculas são freqüentemente endógenas , produzidas dentro do organismo, mas os organismos geralmente precisam de biomoléculas exógenas , por exemplo, certos nutrientes , para sobreviver.

Biologia e seus subcampos da bioquímica e biologia molecular estudam biomoléculas e suas reações . A maioria das biomoléculas são compostos orgânicos e apenas quatro elementos - oxigênio , carbono , hidrogênio e nitrogênio - representam 96% da massa do corpo humano . Mas muitos outros elementos, como os vários biometais , também estão presentes em pequenas quantidades.

A uniformidade de ambos os tipos específicos de moléculas (as biomoléculas) e de certas vias metabólicas são características invariáveis ​​entre a ampla diversidade de formas de vida; assim, essas biomoléculas e vias metabólicas são referidas como "universais bioquímicos" ou "teoria da unidade material dos seres vivos", um conceito unificador em biologia, junto com a teoria celular e a teoria da evolução .

Tipos de biomoléculas

Existe uma grande variedade de biomoléculas, incluindo:

Biomônomos Bio-oligo Biopolímeros Processo de polimerização Nome da ligação covalente entre monômeros
Aminoácidos Oligopeptídeos Polipeptídeos , proteínas ( hemoglobina ...) Policondensação Ligação peptídica
Monossacarídeos Oligossacarídeos Polissacarídeos ( celulose ...) Policondensação Ligação glicosídica
Isopreno Terpenos Politerpenos: borracha natural cis-1,4-poliisopreno e guta-percha trans-1,4-poliisopreno Poliadição
Nucleotídeos Oligonucleotídeos Polinucleotídeos , ácidos nucleicos ( DNA , RNA ) Ligação Fosfodiéster

Nucleosídeos e nucleotídeos

Os nucleosídeos são moléculas formadas pela ligação de uma nucleobase a um anel de ribose ou desoxirribose . Exemplos destes incluem citidina (C), uridina (U), adenosina (A), guanosina (G) e timidina (T).

Os nucleosídeos podem ser fosforilados por quinases específicas na célula, produzindo nucleotídeos . Tanto o DNA quanto o RNA são polímeros , consistindo em moléculas longas e lineares montadas por enzimas polimerase a partir de unidades estruturais repetidas, ou monômeros, de mononucleotídeos. O DNA usa os desoxinucleotídeos C, G, A e T, enquanto o RNA usa os ribonucleotídeos (que têm um grupo extra hidroxila (OH) no anel de pentose) C, G, A e U. Bases modificadas são bastante comuns (como com grupos metila no anel de base), como encontrado no RNA ribossômico ou RNAs de transferência ou para discriminar as novas das velhas fitas de DNA após a replicação.

Cada nucleotídeo é feito de uma base nitrogenada acíclica , uma pentose e de um a três grupos fosfato . Eles contêm carbono, nitrogênio, oxigênio, hidrogênio e fósforo. Eles servem como fontes de energia química ( adenosina trifosfato e guanosina trifosfato ), participam em celular de sinalização ( monofosfato de guanosina cíclico e monofosfato de adenosina cíclico ), e são incorporados em cofactores importantes de reacções enzimáticas ( coenzima A , flavina adenina dinucleido , flavina mononucleótido , e fosfato de dinucleotídeo de nicotinamida e adenina ).

Estrutura de DNA e RNA

A estrutura do DNA é dominada pela conhecida dupla hélice formada pelo par de bases de Watson-Crick de C com G e A com T. Isso é conhecido como DNA de forma B e é esmagadoramente o estado mais favorável e comum do DNA; seu emparelhamento de bases altamente específico e estável é a base do armazenamento confiável de informações genéticas. O DNA às vezes pode ocorrer como fita simples (muitas vezes precisando ser estabilizado por proteínas de ligação de fita simples) ou como hélices de forma A ou Z e , ocasionalmente, em estruturas 3D mais complexas, como o cruzamento nas junções de Holliday durante a replicação do DNA.

Imagem 3D estéreo de uma ribozima de íntron do grupo I (arquivo PDB 1Y0Q); linhas cinzas mostram pares de bases; as setas em fita mostram regiões de dupla hélice, de azul a vermelho de 5 'a 3' de extremidade; A fita branca é um produto de RNA.

O RNA, em contraste, forma estruturas terciárias 3D grandes e complexas que lembram proteínas, bem como as fitas simples soltas com regiões dobradas localmente que constituem moléculas de RNA mensageiro . Essas estruturas de RNA contêm muitos trechos de hélice dupla em forma de A, conectadas em arranjos 3D definidos por laços, protuberâncias e junções de fita simples. Exemplos são tRNA, ribossomos, ribozimas e riboswitches . Essas estruturas complexas são facilitadas pelo fato de que o esqueleto do RNA tem menos flexibilidade local do que o DNA, mas um grande conjunto de conformações distintas, aparentemente por causa das interações positivas e negativas do OH extra na ribose. As moléculas de RNA estruturadas podem fazer ligações altamente específicas de outras moléculas e elas mesmas podem ser reconhecidas especificamente; além disso, eles podem realizar catálise enzimática (quando são conhecidos como " ribozimas ", como inicialmente descoberto por Tom Cech e colegas).

Sacarídeos

Monossacarídeos são a forma mais simples de carboidratos com apenas um açúcar simples. Eles contêm essencialmente um grupo aldeído ou cetona em sua estrutura. A presença de um grupo aldeído em um monossacarídeo é indicada pelo prefixo aldo- . Da mesma forma, um grupo cetona é denotado pelo prefixo ceto- . Exemplos de monossacarídeos são as hexoses , glicose , frutose , Trioses , Tetroses , Heptoses , galactose , pentoses , ribose e desoxirribose. A frutose e a glicose consumidas têm taxas diferentes de esvaziamento gástrico, são absorvidas diferencialmente e têm destinos metabólicos diferentes, proporcionando várias oportunidades para 2 sacarídeos diferentes afetarem diferencialmente a ingestão de alimentos. A maioria dos sacarídeos eventualmente fornece combustível para a respiração celular.

Os dissacarídeos são formados quando dois monossacarídeos, ou dois açúcares simples, formam uma ligação com a remoção de água. Eles podem ser hidrolisados ​​para produzir seus blocos de construção de sacarina fervendo com ácido diluído ou reagindo-os com enzimas apropriadas. Exemplos de dissacarídeos incluem sacarose , maltose e lactose .

Os polissacarídeos são monossacarídeos polimerizados ou carboidratos complexos. Eles têm vários açúcares simples. Exemplos são amido , celulose e glicogênio . Eles geralmente são grandes e geralmente têm uma conectividade ramificada complexa. Devido ao seu tamanho, os polissacarídeos não são solúveis em água, mas seus muitos grupos hidroxila tornam-se hidratados individualmente quando expostos à água, e alguns polissacarídeos formam dispersões coloidais espessas quando aquecidos em água. Polissacarídeos menores, com 3 a 10 monômeros, são chamados de oligossacarídeos . Um sensor de impressão molecular de deslocamento indicador fluorescente foi desenvolvido para discriminar sacarídeos. Ele discriminou com sucesso três marcas de bebida de suco de laranja. A mudança na intensidade de fluorescência dos filmes de detecção resultantes está diretamente relacionada à concentração de sacarídeo.

Lignina

A lignina é uma macromolécula polifenólica complexa composta principalmente de ligações beta-O4-arila. Depois da celulose, a lignina é o segundo biopolímero mais abundante e um dos principais componentes estruturais da maioria das plantas. Ele contém subunidades derivadas do álcool p- cumarílico , álcool coniferílico e álcool sinapílico e é incomum entre as biomoléculas por ser racêmico . A falta de atividade óptica é devida à polimerização da lignina, que ocorre por meio de reações de acoplamento de radical livre, nas quais não há preferência por nenhuma das configurações em um centro quiral .

Lípido

Os lipídios (oleaginosos) são principalmente ésteres de ácidos graxos e são os blocos de construção básicos das membranas biológicas . Outro papel biológico é o armazenamento de energia (por exemplo, triglicerídeos ). A maioria dos lipídios consiste em uma cabeça polar ou hidrofílica (normalmente glicerol) e uma a três caudas de ácidos graxos não polares ou hidrofóbicas e, portanto, são anfifílicos . Os ácidos graxos consistem em cadeias não ramificadas de átomos de carbono que são conectadas apenas por ligações simples ( ácidos graxos saturados) ou por ligações simples e duplas ( ácidos graxos insaturados ). As cadeias têm geralmente 14-24 grupos de carbono de comprimento, mas é sempre um número par.

Para lipídios presentes em membranas biológicas, a cabeça hidrofílica é de uma das três classes:

Outros lipídios incluem prostaglandinas e leucotrienos, que são unidades de acila graxo de 20 carbonos sintetizadas a partir do ácido araquidônico . Eles também são conhecidos como ácidos graxos

Aminoácidos

Os aminoácidos contêm grupos funcionais amino e ácido carboxílico . (Em bioquímica , o termo aminoácido é usado quando se refere aos aminoácidos nos quais as funcionalidades amino e carboxilato estão ligadas ao mesmo carbono, mais a prolina, que não é realmente um aminoácido).

Os aminoácidos modificados são às vezes observados em proteínas; isso geralmente é o resultado de modificação enzimática após a tradução ( síntese de proteínas ). Por exemplo, a fosforilação da serina por quinases e a desfosforilação por fosfatases é um mecanismo de controle importante no ciclo celular . Apenas dois aminoácidos além dos vinte padrão são conhecidos por serem incorporados às proteínas durante a tradução, em certos organismos:

Além daqueles usados ​​na síntese de proteínas , outros aminoácidos biologicamente importantes incluem carnitina (usada no transporte de lipídios dentro de uma célula), ornitina , GABA e taurina .

Estrutura da proteína

A série particular de aminoácidos que formam uma proteína é conhecida como a estrutura primária dessa proteína . Essa sequência é determinada pela composição genética do indivíduo. Ele especifica a ordem dos grupos da cadeia lateral ao longo da "estrutura" polipeptídica linear.

As proteínas têm dois tipos de elementos de estrutura local bem classificados e de ocorrência frequente, definidos por um padrão particular de ligações de hidrogênio ao longo da espinha dorsal: a hélice alfa e a folha beta . Seu número e disposição são chamados de estrutura secundária da proteína. As hélices alfa são espirais regulares estabilizadas por ligações de hidrogênio entre o grupo CO do esqueleto ( carbonil ) de um resíduo de aminoácido e o grupo NH do esqueleto ( amida ) do resíduo i + 4. A espiral tem cerca de 3,6 aminoácidos por volta, e as cadeias laterais de aminoácidos se projetam do cilindro da hélice. As folhas beta plissadas são formadas por ligações de hidrogênio de base entre as fitas beta individuais, cada uma das quais em uma conformação "estendida" ou totalmente esticada. Os fios podem ficar paralelos ou antiparalelos entre si, e a direção da cadeia lateral alterna acima e abaixo da folha. A hemoglobina contém apenas hélices, a seda natural é formada por folhas beta plissadas e muitas enzimas têm um padrão de hélices e fitas beta alternadas. Os elementos da estrutura secundária são conectados por regiões em "loop" ou "bobina" de conformação não repetitiva, que às vezes são bastante móveis ou desordenadas, mas geralmente adotam um arranjo estável e bem definido.

A estrutura 3D compacta geral de uma proteína é denominada estrutura terciária ou "dobra". É formado como resultado de várias forças atrativas, como ligações de hidrogênio , pontes dissulfeto , interações hidrofóbicas , interações hidrofílicas , força de van der Waals etc.

Quando duas ou mais cadeias polipeptídicas (de sequência idêntica ou diferente) se agrupam para formar uma proteína, a estrutura quaternária da proteína é formada. A estrutura quaternária é um atributo de proteínas poliméricas (cadeias de mesma sequência) ou heteroméricas (cadeias de sequência diferente) como a hemoglobina , que consiste em duas cadeias polipeptídicas "alfa" e duas "beta".

Apoenzimas

Uma apoenzima (ou, geralmente, uma apoproteína) é a proteína sem qualquer co-fator de molécula pequena, substrato ou inibidor ligado. Freqüentemente, é importante como forma inativa de armazenamento, transporte ou secreção de uma proteína. Isso é necessário, por exemplo, para proteger a célula secretora da atividade dessa proteína. Apoenzimas tornam-se enzimas ativas com a adição de um cofator . Os cofatores podem ser inorgânicos (por exemplo, íons metálicos e aglomerados de ferro-enxofre ) ou compostos orgânicos (por exemplo, [grupo Flavin | flavina] e heme ). Os cofatores orgânicos podem ser grupos protéticos , fortemente ligados a uma enzima, ou coenzimas , que são liberadas do sítio ativo da enzima durante a reação.

Isoenzimas

Isoenzimas , ou isoenzimas, são formas múltiplas de uma enzima, com sequência protéica ligeiramente diferente e funções muito semelhantes, mas geralmente não idênticas. Eles são produtos de genes diferentes ou então produtos diferentes de splicing alternativo . Eles podem ser produzidos em diferentes órgãos ou tipos de células para desempenhar a mesma função, ou várias isoenzimas podem ser produzidas no mesmo tipo de célula sob regulação diferencial para atender às necessidades de mudança de desenvolvimento ou ambiente. A LDH ( lactato desidrogenase ) possui múltiplas isoenzimas, enquanto a hemoglobina fetal é um exemplo de uma isoforma regulada pelo desenvolvimento de uma proteína não enzimática. Os níveis relativos de isoenzimas no sangue podem ser usados ​​para diagnosticar problemas no órgão de secreção.

Veja também

Referências

links externos