Podemos definir metabolismocomo sendo o conjunto das

atividades metabólicas da célula relacionadas com a

transformação de energia. Afotossíntese e a respiração são os

processos mais importantes de transformação de energia dos seres

vivos, mas a fermentação e a quimiossíntese também são

processos celulares de transformação de energia importantes para

alguns seres vivos.

Todos os seres vivos gastam energia para manterem suas diversas

atividades celulares e a fonte de energia mais importante para os

seres vivos é a luz solar. Luz solar, água e gás carbônico são os

ingredientes necessários para os seres clorofilados realizarem a

fotossíntese e produzirem moléculas orgânicas, como a glicose. Esses

seres chamados de autótrofos (seres que produzem o próprio

alimento) servem de alimento a diversos seres heterótrofos (seres

que não são capazes de produzir o próprio alimento). Quando se

alimentam dos seres autótrofos, os seres heterótrofos introduzem em

seus corpos a matéria orgânica que será degradada dentro das

células, liberando a energia necessária para a execução das funções

vitais.

Fotossíntese é basicamente um processo celular pelo qual a maioria

dos seres autótrofos produz seu próprio alimento (substâncias

orgânicas) a partir de elementos inorgânicos. A energia para a

realização desse processo vem da luz, tendo como principal fonte o

próprio Sol. A energia luminosa solar fica armazenada nas moléculas

de glicídios, e passa a ser utilizada como reserva de nutrientes ou

fonte de alimento para outros seres vivos.

Praticamente todo gás oxigênio presente em nossa atmosfera (20%

aproximadamente) foi resultante do processo de fotossíntese; alguns

cientistas chegam a afirmar que são necessários cerca de 2000 anos

para se renovar toda essa quantidade de oxigênio presente na Terra.

Para se realizar a fotossíntese, a maioria dos seres autótrofos utiliza

como reagente o gás carbônico e a água, assim, produzem oxigênio e

glicídios. Os glicídios produzidos são armazenados e podem ser

utilizados como fonte de energia e de matéria-prima para a formação

de novas estruturas e compostos.

A maioria dos seres autótrofos, como as plantas por exemplo,

conseguem realizar esse incrível processo graças à presença de uma

substância de cor verde conhecida como clorofila; que tem a

capacidade de absorver a energia luminosa presente na luz solar e

transformá-la em energia, que depois é convertida em glicídios.

Nas plantas, as folhas apresentam uma enorme quantidade de

clorofila, por isso são verdes. Entretanto, existem plantas que

apresentam células clorofiladas em seu caule, como é o caso dos

cactos.

A fotossíntese das plantas é dividida em etapas, uma vez que

estamos falando de um processo bastante complexo, e durante essas

etapas existem condições que interferem, prejudicando ou

potencializando o processo fotossintetizante. Vamos conhecer alguns

deles:

1. Temperatura – estudos comprovaram que condições favoráveis à

taxa de fotossíntese cresce até a temperatura de 35º C, após essa

temperatura os níveis de produção de seus compostos diminui em

razão da desnaturação das proteínas em temperaturas elevadas.

2. Concentração de Gás Carbônico – naturalmente existem 0,03% de

CO2 na atmosfera, mas, experimentalmente, cientistas conseguiram

elevar essa quantidade e potencializar o processo de fotossíntese. O

limite máximo de CO2 chegou a 0,3%, ou seja 10 vezes a quantidade

presente na atmosfera. Isso quer dizer que a planta não faz mais

fotossíntese por que a quantidade de CO2 é reduzida.

3. Luz – um dos fatores para ocorrer fotossíntese é a presença de luz,

dessa forma, à medida que a luminosidade aumenta, a taxa de

fotossíntese aumenta.

O processo de fotossíntese contribui também com a vida dos

organismos que a realizam, uma vez que se tornam autossuficientes

em relação à sua alimentação e a de outros animais, que, na busca

por alimento, consomem tais plantas.

Estrutura e função das mitocôndrias

 

As mitocôndrias estão imersas no citosol, entre as diversas bolsas e filamentos que preenchem o citoplasma das células eucariontes. Elas são verdadeiras “casas de força” das células, pois produzem energia para todas as atividades celulares.

As mitocôndrias foram descobertas em meados do século XIX, e, durante décadas, sua existência foi questionada por alguns citologistas. Somente em 1890 foi demonstrada, de modo incontestável, a presença de mitocôndrias no citoplasma celular. O termo “mitocôndria” (do grego, mitos, fio, e condros, cartilagem) surgiu em 1898, possivelmente como referência ao aspecto filamentoso e homogêneo (cartilaginoso) dessas organelas em alguns tipos de células, quando observadas ao microscópio óptico.

As mitocôndrias, cujo número varia de dezenas até centenas, dependendo do tipo de célula, estão presentes praticamente em todos os seres eucariontes, sejam animais, plantas, algas, fungos ou protozoários.

 

Estrutura interna das mitocôndrias

As mitocôndrias são delimitadas por duas membranas lipoprotéicas semelhantes às demais membranas celulares. Enquanto a membrana externa é lisa, a membrana interna possui inúmeras pregas – as cristas mitocondriais – que se projetam para o interior da organela.

 

 

A cavidade interna das mitocôndrias é preenchida por um fluido denominado matriz mitocondrial, onde estão presentes diversas enzimas, além de DNA e RNA e pequenos ribossomos e substâncias necessárias à fabricação de determinadas proteínas.

A respiração celular

No interior das mitocôndrias ocorre a respiração celular, processo em que moléculas orgânicas de alimento reagem com gás oxigênio (O2), transformando-se em gás carbônico (CO2) e água (H2O) e liberando energia.

C6H12O6 + O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + energia 

A energia liberada na respiração celular é armazenada em uma substância chamada ATP (adenosina trifosfato), que se difunde para todas as regiões da célula, fornecendo energia para as mais diversas atividades celulares. O processo de respiração celular será melhor explicado na seção de Metabolismo energético.

Onde ocorre a fotossíntese?

Nos organismos mais simples, como as cianobactérias, a fotossíntese ocorre no hialoplasma, que é onde se encontram diversas moléculas de clorofila, associadas a uma rede interna de membranas, que são extensões da membrana plasmática. Recorde que as cianobactérias são procariontes e não possuem organelas dotadas de membranas. Por outro lado, nos organismos eucariontes a fotossíntese ocorre totalmente no interior do cloroplasto.

Os Cloroplastos

Os plastos ou plastídeos é um grupo de organelas específicas de células vegetais, que possuem características semelhantes com as mitocôndrias como: membrana dupla, DNA próprio e origem endosimbionte.

Os plastos desenvolvem-se a partir de proplastídeos, que são organelas pequenas presentes nas células imaturas dos meristemas vegetais e desenvolvem-se de acordo com as necessidades da célula, surgindo diferentes tipos de plastos como: os cromoplastos (que contêm pigmentos), os leucoplastos (sem pigmento), etioplastos (que se desenvolvem na ausência de luz), amiloplastos (que acumulam amido como substância de reserva), proteoplastos (que armazenam proteína) e os oleoplastos (acumulam lipídeos).

Os cloroplastos são um tipo de cromoplastos que contém pigmento chamado clorofila, que são capazes de absorver a energia eletromagnética da luz solar e a convertem em energia química por um processo chamado fotossíntese. As células vegetais e as algas verdes possuem um grande número de cloroplastos, de forma esférica ou ovóide, variando de tamanho de acordo com o tipo celular, e são bem maiores que as mitocôndrias.

Citoesqueleto

 Quando se diz que o hialoplasma é um fluido viscoso, fica-se com a impressão de que a célula animal tem uma consistência amolecida e que se deforma a todo o momento. Não é assim.

Um verdadeiro “esqueleto” formado por vários tipos de fibras de proteínas cruza a célula em diversas direções, dando-lhe consistência e firmeza.

Essa “armação” é importante se lembrarmos que a célula animal é desprovida de uma membrana rígida, como acontece com a membrana celulósica dos vegetais.

Entre as fibras protéicas componentes desse “citoesqueleto” podem ser citados os microfilamentos de actina, os microtúbulos e os filamentos intermediários.

 

 

Os microfilamentos são os mais abundantes, constituídos da proteína contráctil actina e encontrados em todas as células eucarióticas. São extremamente finos e flexíveis, chegando a ter 3 a 6 nm (nanômetros) de diâmetro, cruzando a célula em diferentes direções , embora concentram-se em maior número na periferia, logo abaixo da membrana plasmática. Muitos movimentos executados por células animais e vegetais são possíveis graças aos microfilamentos de actina.

 

 

Os microtúbulos, por sua vez, são filamentos mais grossos, de cerca de 20 a 25 nm de diâmetro, quefuncionam como verdadeiros andaimes de todas as células eucarióticas. São, como o nome diz, tubulares, rígidos e constituídos por moléculas de proteínas conhecidas como tubulinas, dispostas helicoidalmente, formando um cilindro. Um exemplo, desse tipo de filamento é o que organiza o chamado fuso de divisão celular. Nesse caso, inúmeros microtúbulos se originam e irradiam a partir de uma região da célula conhecida como centrossomo (ou centro celular) e desempenham papel extremamente importante na movimentação dos cromossomos durante a divisão de uma célula.

 

 

Outro papel atribuído aos microtúbulos é o de servir como verdadeiras “esteiras” rolantes que permitem o deslocamento de substâncias, de vesículas e de organóides como as mitocôndrias e cloroplastos pelo interior da célula. Isso é possível a partir da associação de proteínas motoras com os microtúbulos.

Essas proteínas motoras ligam-se de um lado, aos microtúbulos e, do outro, à substância ou organóide que será transportado, promovendo o seu deslocamento.

Por exemplo, ao longo do axônio (prolongamento) de um neurônio, as proteínas motoras conduzem, ao longo da “esteira” formada pelos microtúbulos, diversas substâncias para as terminações do axônio e que terão importante participação no funcionamento da célula nervosa.

 

O MATERIAL GENÉTICO E O CONTROLE CELULAR

1. A Passagem de Informações

As informações genéticas que comandam toda a atividade e determinam a estrutura celular, além de transmitir as características hereditárias, estão contidas nas moléculas de DNA, localizadas nos cromossomos presentes no núcleo das células.

O controle metabólico exercido pelo DNA passa pela produção de proteínas específicas, inclusive das enzimas, que atuam como catalisadores. Determinando a produção de uma certa enzima, o DNA está, na verdade, determinando a ocorrência da reação química que ela catalisa.

Como todas as características fenotípicas passam pela atividade de uma determinada enzima, podemos dizer que o DNA, controlando a produção de uma enzima, está controlando a característica que a ela se associa.

O segmento de DNA capaz de comandar a produção de uma proteína é chamado gene. Portanto:

 

1 gene ====> 1 enzima ====> 1 característica

 

No processo da transcrição, um filamento de DNA serve de molde para a formação de um filamento de RNA mensageiro, que possui uma seqüência de nucleotídeos complementar à cadeia de DNA que o originou. Por exemplo, consideremos a seguinte molécula de DNA:

 

 

Consideremos que a transcrição usará como molde o filamento 2, dessa molécula de DNA.

 

 

 

 

Observe que a seqüência de nucleotídeos dessa molécula de RNA mensageiro não é igual à seqüência do DNA que a originou, mas é complementar a ela.

A transcrição das informações do DNA para o RNA mensageiro acontece no núcleo das células, em um processo catalisado pela enzima RNA-polimerase. Depois de transcrito, o RNA mensageiro atravessa a carioteca e passa para o citoplasma, onde as informações que ele contém serão decifradas pelos ribossomos, organóides citoplasmáticos responsáveis pela produção das proteínas. A seqüência de nucleotídeos do RNA mensageiro determina a ordem na qual os aminoácidos vão se unir, através de ligações peptídicas, na formação de uma molécula de proteína. A molécula do RNA mensageiro pode ser vista como uma "receita" escrita com um alfabeto de apenas quatro letras: A, U, C e G.

A = adenina-ribonucleotídeo

U = uracila-ribonucleotídeo

C = citosina-ribonucleotídeo

G = guanina-ribonucleotídeo

 

Com essas quatro letras, são escritos os códigos que representam cada um dos 20 aminoácidos que participam da estrutura das proteínas. O código empregado nessa linguagem é conhecido como código genético.

Dispondo de um alfabeto de 23 letras, que podem ser arranjadas nas mais diferentes seqüências e quantidades, podemos formar uma quantidade infinita de palavras.

Entretanto, o código genético é escrito com um alfabeto bastante limitado, de apenas quatro letras. Com essas quatro letras, ele deve ser capaz de representar os 20 aminoácidos. Se, no código genético, cada palavra usada para representar um aminoácido fosse escrita com apenas uma letra, apenas quatro palavras poderiam ser escritas: A, U, C e G. Essa quantidade permitiria codificar apenas quatro dos 20 aminoácidos.

Caso um aminoácido fosse representado por palavras de duas letras, haveria 16 palavras possíveis:

 

AA AU AC AG

UA UU UC UG

CA CU CC CG

GA GU GC GG

 

Conclui-se, então, que cada aminoácido deveria ser representado, na molécula do RNA mensageiro, por uma palavra de pelo menos três letras, o que resultaria em 64 combinações possíveis, quantidade mais que suficiente para codificar os 20 aminoácidos. Os trabalhos do pesquisador H. G. Khorana demonstraram que cada aminoácido é codificado não por três ou mais nucleotídeos, no RNA mensageiro, mas sempre por três nucleotídeos. Dessa forma, quando o ribossomo decifra a molécula do RNA mensageiro e produz uma proteína, a leitura é feita de três em três nucleotídeos.

 

2. Os Ribossomos

Esses organóides estão presentes em todas as células vivas, procarióticas ou eucarióticas. Nas eucarióticas, eles podem ser encontrados aderidos nas membranas do retículo endoplasmático ou na face citoplasmática do envoltório nuclear, podem estar soltos no citoplasma ou enfileirados, formando os polissomos.

Os ribossomos são formados pela união de duas subunidades, uma um pouco menor que a outra. Ambas são constituídas por RNA ribossômico e por proteínas. Algumas dessas proteínas têm função enzimática, e permitem a ligação dos aminoácidos que irão formar a proteína que vai ser sintetizada.

O RNA ribossômico representa cerca de 80% de todo o RNA celular. Também é encontrado em grande quantidade nos nucléolos, que se desintegram durante a divisão celular e cujo RNA ribossômico é empregado na formação de ribossomos que a célula em divisão distribui entre as células-filhas.

SÍNTESE DE PROTEÍNAS

Os ÁCIDOS NUCLÉICOS, o DNA e o RNA, são macromoléculas (polímeros) especializadas no armazenamento, transmissão e uso da informação. Os ácidos nucléicos são formados por monômeros denominados nucleotídeos. Cada nucleotídeo consiste em (1) um açúcar (pentose) – desoxirribose, no caso do DNA ou ribose, no RNA; (2) um grupo fosfato; (3) uma base nitrogenada – purinas (adenina e guanina) e pirimidinas (timina, e citosina)Em ambos, o RNA e DNA, o esqueleto da molécula consiste de bases nitrogenadas ligadas a açúcares e esses ao fosfato. Os nucleotídeos estão ligados por ligações covalentes que são chamadas ligações fosfodiésteres, entre o açúcar de um nucleotídeo e o grupo fosfato de outro. As duas fitas do DNA são mantidas unidas por pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas de cada uma das fitas. Como demonstrado por Watson & Crick, as fitas enovelam-se espiraladamente em torno de um eixo, formando uma dupla-hélice. Durante a duplicação do DNA, as fitas separam-se, formando outras iguais a ela. Cada DNA recém formado possui uma das cadeias da molécula mãe, por isso fala-se em duplicação semi-conservativa.O código o genético do DNA se expressa por trincas de bases, que foram denominadas códons. Cada códon, formado por três letras, corresponde certo aminoácido. Diz-se que código genético é degenerado porque cada aminoácido pode ser codificado por mais de uma trinca de bases nitrogenadas. Há ainda alguns códons que não codificam aminoácidos mas esses estão envolvidos com o início (AUG) e parada (UAA, UAG e UGA) da síntese proteica. As bases nitrogenadas ligam-se por complementaridade. No caso do DNA a complementaridade ocorre entre as duas fitas do DNA, já no RNA por ser uma fita simples as bases se complementam durante a sua associação com a molécula de DNA e outras moléculas de RNA durante os processos de transcrição e tradução, respectivamente. A adenina (A) liga-se com timina (T) por 2 pontes de hidrogênio e a citocina (C) liga-se com guanina (G) por 3 pontes de hidrogênio. No caso do RNA, como ele não possui timina, a adenina complementa-se com a uracila (U). A transcrição é o processo pelo qual uma molécula de RNA é sintetizada a partir de um molde de DNA. Através da transcrição, são sintetizados todos os tipos de RNAs da célula, ou seja, o RNA mensageiro (RNAm), o RNA ribossômico (RNAr), o RNA transportador (RNAt) e outros RNAs menores. Todos os RNAs estão envolvidos ativamente na síntese protéica. O RNAm será usado para transferir a informação genética do DNA às proteínas, mas os demais RNAs sintetizados têm, por si, funções finais na célula, tanto estruturais como catalíticas.O RNAm possui uma enzima chamada RNA polimerase que rompe as ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas separando os dois filamentos do DNA, expondo suas bases expostas. O RNAm se liga a bases de um desses filamentos, produzindo bases correspondentes. Após a formação do RNAm maduro, este migra para o citoplasma, através dos poros nucleares, onde ocorre a tradução.Na tradução, a sequência de bases presentes no RNAm passa para uma sequência de aminoácidos. Cada grupo de 3 bases consecutivas presente no RNAm – códon – corresponde a um aminoácido. No citoplasma estão presentes o RNAt, que é capaz de se ligar a unidades de aminoácidos dissolvidos no citoplasma e transportá-los até o RNAm. O RNAt reconhece no RNAm o códon de iniciação para a tradução (AUG), que codifica o aminoácido metionina. Cada RNAt tem um anticódon específico. Após o reconhecimento do RNAt-RNAm, o ribossomo desloca-se sobre o RNAm, unindo os aminoácidos transportados em cada RNAt por meio ligações peptídicas. Esse processo é repetido até que o RNAr encontre o códon de parada (UAA, UAG ou UGA), formando uma cadeia de aminoácidos, ou seja, uma molécula de proteína. A complementariedade das bases durante o processo transcrição e tradução estão exemplificados na figura 2. A figura 3 mostra um esquema simplificado desses dois processos