Os ácidos nucléicos são moléculas gigantes (macromoléculas), formadas por unidades monoméricas menores conhecidas como nucleotídeos. Cada nucleotídeo, por sua vez, é formado por três partes:
um radical “fosfato”, derivado da molécula do ácido ortofosfórico (H3PO4).
uma base orgânica nitrogenada.
Sabia-se de sua presença nas células, mas a descoberta de sua função como substâncias controladoras da atividade celular foi um dos passos mais importantes da história da Biologia
. A partir do século XIX, com os trabalhos do médico suíço Miescher, iniciaram-se as suspeitas de que os ácidos nucléicos eram os responsáveis diretos por tudo o que acontecia em uma célula. Em 1953, o bioquímico norte-americano James D. Watson e o biologista molecular Francis Crick propuseram um modelo que procurava esclarecer a estrutura e os princípios de funcionamento dessas substâncias.
O volume de conhecimento acumulados a partir de então caracteriza o mais extraordinário conhecimento biológico que culminou, nos dias de hoje, com a criação da Engenharia Genética, área da Biologia que lida diretamente com os ácidos nucléicos e o seu papel biológico.
De seus três componentes (açúcar, radical fosfato e base orgânica nitrogenada) apenas o radical fosfato não varia no nucleotídeo. Os açucares e as bases nitrogenadas são variáveis.
Quanto aos açucares, dois tipos de pentoses podem fazer parte de um nucleotídeo: ribose e desoxirribose (assim chamada por ter um átomo de oxigênio a menos em relação à ribose.
as pirimídicas: timina (T), citosina (C) e uracila (U).
Ciclos Biogeoquímicos
A Biogeoquímica é a ciência que estuda os processos químicos que ocorrem na atmosfera e hidrosfera, e mais especificamente, dos fluxos de elementos entre eles.
Os ciclos biogeoquímicos representam o movimento dos elementos químicos entre os seres vivos e a atmosfera, litosfera e hidrosfera do planeta.
Uma característica fundamental dos ciclos biogeoquímicos é o fato dos componentes bióticos e abióticos estarem intimamente relacionados.
O elementos químicos são retirados do ambiente, utilizados pelos organismos e novamente devolvidos à natureza. A vida está continuamente sendo recriada a partir dos mesmos átomos.
Quando um organismo morre, sua matéria orgânica é degradada pelos seres decompositores, representados por fungos e bactérias. Assim, os átomos que constituíam esse organismo retornam ao ambiente e podem ser novamente incorporados por outros seres vivos para produção de suas substâncias orgânicas.
Sem essa reciclagem, os átomos de alguns elementos químicos fundamentais para a vida poderiam desaparecer.
Para que ocorra o ciclo biogeoquímico é necessária a existência de um reservatório do elemento químico. Este reservatório pode ser a crosta terrestre ou a atmosfera. Além disso, são necessários os seres vivos que auxiliam no movimento dos elementos químicos.
Classificação dos Ciclos Biogeoquímicos
Os ciclos biogeoquímicos podem ser classificados em dois tipos básicos, conforme a natureza de seu reservatório abiótico:
Ciclo Gasoso: Possuem como reservatório a atmosfera. Exemplo: Ciclo do Nitrogênio e Ciclo do Oxigênio.
Ciclo Sedimentar: Possuem como reservatório as crosta terrestre. Exemplo: Ciclo do fósforo e Ciclo da Água.
Os elementos necessários à vida participam dos ciclos biogeoquímicos. São eles: a água, o carbono, o oxigênio, o nitrogênio e o fósforo.
Ciclo da Água
A água é fundamental para a vida e pode ser encontrada na natureza em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. A maior parte é encontrada na forma líquida.
O ciclo da água é representado basicamente pelas mudanças de seu estado físico, através da evaporação e transpiração.
De forma resumida, o ciclo da água ocorre da seguinte forma:
A água presente em lagos, rios e oceanos sofre evaporação. E as plantas liberam parte da água que absorvem através da transpiração.
O vapor de água encontra as camadas mais altas da atmosfera. Com o resfriamento, este vapor se condensa e forma as nuvens, que se precipitam na forma de chuva.
Assim, a água líquida atinge novamente a superfície terrestre.
Então, a água infiltra o solo e é absorvida pelas plantas. Os animais podem ingerir diretamente ou através da alimentação.
Aprenda mais sobre o Ciclo da Água.
Ciclo do Carbono
O carbono é o elemento que constitui as moléculas orgânicas.
A fotossíntese e a respiração são processos que governam o ciclo do carbono.
O ciclo do carbono consiste na fixação desse elemento pelos seres autótrofos, através da fotossíntese ou quimiossíntese.
Os seres autótrofos fixam o carbono na forma de compostos orgânicos. Assim, ficam disponíveis aos seres produtores e consequentemente, para os consumidores e decompositores, através da cadeia alimentar.
O CO2 retorna para o meio ambiente através da respiração, decomposição ou queima de combustíveis fósseis.
Aprenda mais sobre o Ciclo do Carbono.
Ciclo do Oxigênio
O ciclo do oxigênio consiste no movimento desse elemento entre os seus três reservatórios principais: a atmosfera, a biosfera e a litosfera. O oxigênio é liberado e consumido pelos seres vivos em diferentes formas químicas. Esses fatores fazem com que o ciclo do carbono seja mais complexo.
A fotossíntese é a principal responsável pela produção de oxigênio.
A atmosfera é o principal reservatório de oxigênio para os seres vivos, onde pode ser encontrado na forma de O2 e CO2.
O O2 é usado na respiração aeróbica de plantas e animais, na qual a combinação dos átomos de oxigênio e hidrogênio, formam moléculas de água.
O CO2 atmosférico é usado no processo de fotossíntese e seus átomos de oxigênio passam a fazer parte da matéria orgânica das plantas.
Através da respiração celular e decomposição da matéria orgânica, o oxigênio é restituído à atmosfera, fazendo parte de moléculas de água e gás carbônico.
Aprenda mais sobre o Ciclo do Oxigênio.
Ciclo do Nitrogênio
O nitrogênio é o elemento químico mais abundante da atmosfera terrestre. Encontrado na forma de N2, representa aproximadamente 78% do volume do ar atmosférico.
Porém, a grande maioria dos seres vivos não consegue assimilar o nitrogênio atmosférico. Para isso, necessitam das bactérias fixadoras de nitrogênio.
Existem quatro tipos de bactérias que participam do ciclo do nitrogênio:
Bactérias Fixadoras: absorvem o nitrogênio atmosférico e o transformam em amônia.
Bactérias Nitrificantes: bactérias quimiossintetizantes que oxidam a amônia e a transformam em nitrito e depois nitrato, forma assimilável pelas plantas. Assim, através da alimentação os animais podem obter o nitrogênio.
Bactérias Decompositoras: bactérias que atuam quando a matéria orgânica sofre decomposição e liberam amônia no ambiente.
Bactérias Desnitrificantes: bactérias que degradam de forma anaeróbica os compostos nitrogenados, como nitratos e amônia, e liberam gás nitrogênio para a atmosfera.
Aprenda mais sobre o Ciclo do Nitrogênio.
Ciclo do Fósforo
O fósforo é o material genético constituinte das moléculas de RNA e DNA. Também pode ser encontrado nos ossos e dentes.
Na natureza é encontrado apenas nas rochas, em sua forma sólida. Quando as rochas sofrem degradação, os átomos de fósforo ficam disponíveis no solo e na água.
As plantas podem obter o fósforo quando o absorvem dissolvidos na água e no solo.
Os animais obtém o fósforo através da água e alimentação.
O fósforo é devolvido ao ambiente pelos organismos decompositores, como resultado da degradação da matéria orgânica de plantas e animais. A partir daí, pode ser reciclado entre as plantas ou ser levado pela água da chuva até lagos e mares e se incorporar às rochas.
História da Citologia
- O pioneiro nas pesquisas com células foi o cientista inglês Robert Hooke. Foi ele quem, em 1665, fez a primeira observação de uma célula ao examinar um pedaço de cortiça em seu microscópio. Foi ele ainda quem utilizou pela primeira vez o termo “célula” para fazer referência aos espaços que havia observado na cortiça.
- No século XIX, a Citologia apresentou grandes avanços e descobertas, com o aprimoramento dos microscópios. Em 1838, o botânico alemão Matthias Schleiden, considerado o fundador da Teoria Celular, conseguiu comprovar a existência de células em plantas.
- Já em 1839, o fisiologista alemão Theodor Schwann, considerado o pai da Histologia Moderna, conseguiu mostrar que os seres humanos também possuíam células.
- Em 1858, ocorreu mais um grande avanço na Biologia Celular. O médico patologista alemão Rudolf Ludwig Karl Virchow chegou a conclusão de que as células dão origem a outras células.
Membrana plasmática
A membrana plasmática se trata de uma estrutura presente em todas as células, tanto eucariontes quanto procariontes, e é ela que separa o interior das células do meio externo. Não é à toa que esse envoltório está presente em todos os tipos celulares conhecidos. Ele possui uma característica de extrema importância para a manutenção da vida: a permeabilidade seletiva. Isso, basicamente, quer dizer que tudo o que entra e sai das células depende diretamente da membrana plasmática.
Estrutura
As membranas biológicas, inclusive as que delimitam organelas membranosas, possuem estruturas constituídas, basicamente, por lipídeos, proteínas e hidratos de carbono ligados a essas estruturas. A quantidade de cada um desses componentes varia bastante em função da função ou do tipo de célula ou estrutura que a membrana está envolvendo. As membranas são compostas de uma porção fluida e uma porção sólida, respectivamente lipídeos e proteínas. A estrutura se trata de duas camadas contínuas de lipídeos e, imersas ou associadas à bicamada, proteínas que conformarão a aparência de um mosaico, o que, muito provavelmente, deu origem ao nome do modelo: mosaico fluido.
Os principais lipídeos das membranas se tratam de moléculas relativamente complexas e longas denominadas fosfolipídeos. Eles nada mais são do que um tipo de lipídeo – os esfingolipídeos ou os fosfoglicerídeos – associado à molécula de fosfato. Esses fosfolipídeos possuem uma dupla afinidade com a água denominada anfipatia, ou seja, uma região da molécula é hidrofílica (com muita afinidade com água) polar e outra é hidrofóbica (“foge” da água, sem afinidade) apolar. Para facilitar a assimilação, pense num alfinete com não uma haste, mas duas. A cabeça do alfinete seria a região polar e as duas cadeias de ácidos graxos – as duas hastes – a região apolar. Nesse sentido, teríamos duas camadas dessas estruturas em que as cabeças ficariam nos limites externo e interno e uma região intermediária formada pelas cadeias apolares de ambas as camadas.
Uma vez que os meios intra e extracelular são compostos, essencialmente, por água, essa característica anfipática da membrana impede o trânsito de grande maior parte das substâncias importantes pra a manutenção da vida. Isso é resolvido pelo outro componente principal das membranas: as proteínas. Assim, a água e as substâncias dissolvidas nela que não conseguem passagem por meio dos lipídeos, são colocadas para dentro e para fora das células através das proteínas.
Como falado anteriormente, a proporção dos componentes da membrana é bem variável. No caso das proteínas, elas podem representar até metade da composição total desse envoltório. Outro detalhe importante é que cada tipo de membrana possui proteínas específicas de acordo com suas funções. Isso ocorre porque as proteínas funcionam como portas de entrada e saída de moléculas específicas, ou seja, determinadas moléculas usam um tipo de proteína para entrar na célula enquanto outros grupos não conseguem fazê-lo por essa mesma “porta”. Essa relação pode ser ilustrada pela seguinte analogia: uma pessoa não consegue entrar em uma casa pela “portinhola” de cachorros ou gatos.
Essas proteínas que compõem a membrana são divididas em dois grupos: extrínsecas e intrínsecas. As proteínas extrínsecas são as que se associam aos lipídios de maneira superficial, ou seja, estão aderidas à membrana na superfície interna ou externa da membrana. Já as proteínas intrínsecas se ligam aos lipídeos e também têm características anfipáticas, dificultando isolá-las. Nesse grupo, estão presentes as proteínas transmembrana, que são àquelas que se transpõem do meio externo ao meio interno da célula.
Por fim, os hidratos de carbono associados às proteínas ou aos lipídeos se tratam, basicamente, de açúcares que se associam às essas estruturas. Assim, esses conjuntos são conhecidos como glicolipídeos e glicoproteínas.
Funções
Como citado anteriormente, a principal função da membrana é o controle sobre o que entra e o que sai das células, a permeabilidade seletiva. Entretanto, se engana quem acredita que essa é sua única função. Além disso, a membrana também atua no reconhecimento e sinalização das células, eventos relacionados aos glicolipídeos, glicoproteínas e proteínas.
Enfim, essa estrutura é um elemento complexo que desempenha diversos papéis no ciclo celular. Assim, se torna indispensável para a manutenção da vida como se conhece, de fato, muito provavelmente, ela nem existiria sem o surgimento das membranas biológicas – incluindo aí a membrana plasmática.
