BIO - AMABIS - VOLUME 1 -

4 Primeiros vestígios de vida na Terra

Os cientistas que estudam a origem da vida enfrentam uma grande dificuldade: a falta de
vestígios dos primeiros seres vivos, quase totalmente destruídos pelas drásticas transformações
ocorridas na crosta terrestre nos primeiros milhões de anos de sua existência.

Foram encontrados vestígios de atividade biológica em rochas datadas de 2,7 bilhões de anos,
provavelmente deixados por ancestrais de cianobactérias. Acredita-se, entretanto, que a vida
teve início na Terra muito antes, há aproximadamente 3,5 bilhões de anos, embora não existam
evidências fósseis disso.

5 Origem pré-biótica de compostos orgânicos

De onde teriam vindo as moléculas orgânicas que originaram os primeiros seres vivos? Ainda
não há resposta definitiva para essa questão. Como já mencionamos, uma das possibilidades,
embasada em descobertas recentes, é que substâncias precursoras da vida tenham vindo do
espaço sideral, a bordo de cometas e asteroides. Algumas experiências, no entanto, mostram que
a combinação química de substâncias inorgânicas gasosas presentes na Terra primitiva poderia
ter dado origem a moléculas orgânicas.

O experimento de Miller

Em 1953, o estadunidense Stanley Lloyd Miller (1930-2007), então aluno do químico Harold C.
Urey (1893-1981), construiu um aparelho simulador onde se tentava recriar as condições exis-
tentes na Terra primitiva. Urey acreditava que a atmosfera da Terra, em seus primórdios, era
semelhante à de planetas gasosos como Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, sendo constituída
fundamentalmente por metano (CH4), amônia (NH3) e hidrogênio (H2). O simulador de Miller consistia
em um aparelho formado por tubos e balões de vidro interligados, no interior dos quais havia a
mistura de gases supostamente presentes na Terra primitiva, além de vapor-d’água (H2O).

A mistura gasosa era submetida a fortes descargas elétricas, que simulavam os raios pro-
duzidos durante as grandes tempestades que devem ter ocorrido no planeta em formação. No
simulador, também havia um condensador que resfriava a mistura de gases. O resfriamento levava
o vapor-d’água a se condensar e escorrer para a parte inferior do aparelho, onde um aquecedor
fazia a água ferver e transformar-se novamente em vapor; este retornava ao sistema. Assim, Miller
tentava simular as chuvas e a evaporação da água que deviam ocorrer na superfície quentíssima
do jovem planeta Terra. (Fig. 2.9)
Unidade A • A natureza da vida
Bettmann/Corbis/LatinstockAAs descargas elétricas aplicadas na
adilson seccomistura de gases reproduziam os
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.A misturaraios das tempestades
de gases
introduzida no A circulação de água fria ao redor
sistema simulava do tubo causava o resfriamento dos
a atmosfera gases e a condensação do vapor-
primitiva da Terra -d’água, simulando o que ocorria
nas grandes altitudes atmosféricas
O aquecimento
do líquido B

presente no A água acumulada
aparelho na base do aparelho
simulava os mares e
reproduzia o lagos primitivos
calor reinante na

crosta terrestre,
com formação de

vapor-d’água

Figura 2.9 A. Representação esquemática do simulador utilizado por S. L. Miller em seu
experimento sobre a origem da vida. (Imagem sem escala, cores-fantasia.) B. Fotografia de S. L.
Miller ao lado do aparelho, em 1953.

52

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.Miller deixou o simulador funcionando durante uma semana e, então, examinou o líquido
acumulado em sua parte inferior. Testes químicos revelaram substâncias ausentes no início do
Capítulo 2 • Origem da vida na Terraexperimento, com destaque para diversos tipos de aminoácidos, ácidos graxos simples e ureia,
entre outras substâncias. Na fase gasosa foram detectados monóxido de carbono (CO), dióxido
de carbono (CO2) e gás nitrogênio (N2).

O experimento de Miller ficou famoso por ter sido o primeiro a demonstrar a possibilidade da síntese
de aminoácidos, componentes fundamentais das proteínas, nas condições abióticas supostamente
existentes na Terra primitiva. Atualmente se sabe, porém, que planetas rochosos como a Terra nunca
tiveram atmosferas fortemente redutoras (por serem ricas em hidrogênio), como era a mistura de
gases utilizada no experimento. Dados recentes sugerem que a atmosfera terrestre, entre 4 e 3,5
bilhões de anos atrás, era neutra, constituída por dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), monóxido
de carbono (CO) e gás nitrogênio (N2). Os cientistas admitem que, nessas condições, seria quase
impossível a formação de aminoácidos, cuja síntese demanda condições fortemente redutoras.

O experimento de Miller é aplicável aos planetas gasosos, onde o ambiente era, e ainda é, forte-
mente redutor e, portanto, propício à síntese abiótica de aminoácidos. Em 1969, caíram meteoritos
na Austrália nos quais havia aminoácidos semelhantes aos produzidos no experimento de Miller.

Estudos têm mostrado que substâncias orgânicas são relativamente comuns no espaço side-
ral. Os astrônomos já encontraram evidências de substâncias orgânicas em diferentes lugares,
como nuvens de gases interestelares, grãos de poeira cósmica e asteroides. Foram detectadas
substâncias orgânicas nos famosos cometas Halley e Hale-Bopp, na nebulosa de Órion e em
meteoritos caídos na Terra.

Praticamente todas as substâncias químicas fundamentais dos seres vivos já foram detec-
tadas em corpos celestes ou produzidas em laboratório, em condições simuladas. Portanto, os
ingredientes básicos para a formação de vida poderiam estar disponíveis desde os primórdios da
existência da Terra. Diante disso, a questão mais relevante passa a ser: como esses ingredientes
se reuniram para criar complexos moleculares isolados, com capacidade de reprodução e de
metabolismo? Em outras palavras, como esses ingredientes deram origem a seres vivos?

6 O “mundo do RNA”

O passo crucial na origem dos seres vivos foi adquirir a capacidade de reprodução, ou seja,
de originar seres com características semelhantes que perpetuam a linhagem. Na reprodução
biológica como a conhecemos hoje, instruções para o funcionamento das células (informações
genéticas) são transmitidas à descendência. Na quase totalidade dos seres vivos atuais, as infor-
mações genéticas estão escritas, em um código químico, nas moléculas filamentosas de DNA.

Há algumas décadas, surgiu a hipótese de que outra substância dos seres vivos, o RNA, pode
ter sido o material genético primordial. Sabe-se que, em alguns vírus, o RNA tem capacidade de se
multiplicar. Testes laboratoriais deram sustentação a essa hipótese ao mostrar que moléculas de
RNA podem ser produzidas em condições abióticas. Na década de 1980, Thomas R. Cech (n. 1947),
bioquímico estadunidense laureado com um Prêmio Nobel, e seus colaboradores descobriram que
diversos tipos de reações importantes, como a união dos aminoácidos na produção das proteínas,
por exemplo, são diretamente controlados por moléculas de RNA denominadas ribozimas.

Qual a importância da descoberta das ribozimas para as pesquisas sobre origem da vida?
Alguns cientistas acreditam que a capacidade do RNA de se duplicar e controlar reações químicas
vitais sugere sua presença desde o início da vida na Terra. Muitos chegam a falar em um “mundo
do RNA”, para se referir ao hipotético período que teria precedido o aparecimento da vida na Terra.
A seleção natural, ou, em outras palavras, a “sobrevivência dos mais capazes”, teria começado
a atuar nessa etapa da história da vida. Ao se multiplicar, as moléculas de RNA deviam produzir
versões ligeiramente diferentes entre si; algumas delas tinham maior capacidade de se perpetuar
e de se reproduzir, transmitindo essas capacidades à descendência. Acredita-se que esse foi o
primeiro passo em direção ao desenvolvimento de um “sistema genético”, que pode ter surgido
antes mesmo do aparecimento de sistemas isolados por membranas.

Atualmente, os cientistas tentam explicar um passo seguinte na trajetória da vida: a passagem
do “mundo do RNA” para um “mundo de DNA e proteínas”, como é o dos seres vivos atuais.

53

7 Evolução dos processos energéticos

Nos seres vivos atuais, os processos químicos que caracterizam a vida ocorrem sempre no inte-
rior de células, compartimentos isolados do ambiente externo por uma finíssima membrana. Essa
membrana garante um ambiente adequado aos processos e reações químicas essenciais à vida. Ela
é tão importante que, se é rompida, a estrutura celular se desorganiza rapidamente e a célula morre.
Por isso, o aparecimento de sistemas químicos delimitados por uma membrana que os separava do
meio foi, de acordo com os cientistas, uma etapa fundamental para a origem da vida na Terra.

Embora ainda não tenhamos um “retrato” exato dos seres vivos mais antigos, acredita-se
que eles eram de tamanho microscópico e delimitados por algum tipo de membrana. Em seu
interior, reações químicas ordenadas e controladas pelas informações genéticas transforma-
vam moléculas de alimento em componentes do próprio corpo desses seres, o que permitia seu
crescimento e reprodução.

De que se alimentavam os primeiros seres vivos? Essa é outra questão que divide a opinião
dos cientistas. Os seres atuais têm duas estratégias principais para obter alimento: a) eles mes-
mos o produzem; b) têm de obtê-lo de fora. No primeiro caso, fala-se em seres autotróficos (do
grego autós, próprio, e trophos, alimento), capazes de produzir seu próprio alimento a partir de
substâncias inorgânicas e de energia obtidas do ambiente. No segundo caso, fala-se em seres
heterotróficos (do grego hetero, diferente); incapazes de produzir seu próprio alimento, eles
têm de obtê-lo do meio externo na forma de moléculas orgânicas. São autotróficos alguns tipos
de bactérias, todas as algas e todas as plantas atuais; são heterotróficos os fungos, certas
bactérias, todos os protozoários e todos os animais.
Unidade A • A natureza da vida

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
Hipótese heterotrófica

Há algumas décadas, a hipótese mais aceita sobre o modo de nutrição dos primeiros seres vivos
era a hipótese heterotrófica. De acordo com essa hipótese, a fonte de alimento dos primeiros seres
seria constituída de moléculas orgânicas produzidas de modo abiogênico e acumuladas nos mares e
lagos primitivos. O principal argumento em favor dessa ideia é que os primeiros seres vivos, por serem
muito simples, ainda não teriam desenvolvido a capacidade de produzir substâncias alimentares e
seriam, portanto, heterotróficos, alimentando-se de substâncias orgânicas disponíveis no meio.

Esses primitivos seres heterotróficos deviam extrair energia das moléculas nutritivas por meio
de processos bioquímicos relativamente simples como a fermentação, por exemplo, realizada
atualmente por certas bactérias e fungos. Na fermentação, moléculas orgânicas são quebradas e
originam compostos orgânicos mais simples, liberando energia, utilizada para suprir os gastos do
metabolismo. Um dos tipos de fermentação bem conhecido é a fermentação alcoólica da glicose, em
que esse açúcar é transformado em álcool etílico (etanol) e gás carbônico, segundo a equação:

1 C6H12O6  (  2 C2H5OH  1  2 CO2  1  Energia

Glicose Etanol Gás carbônico

Os defensores da hipótese heterotrófica admitem que, com o passar do tempo, a fonte de ali-
mento diminuiria, principalmente devido ao aumento de consumo pela população crescente de seres
heterotróficos. Supõe-se que, nessa época, algumas linhagens daqueles seres pioneiros já teriam
evoluído a ponto de captar energia luminosa do Sol e empregá-la para produzir moléculas orgânicas,
utilizadas como alimento. Essas linhagens originariam os seres autotróficos fotossintetizantes.

Hipótese autotrófica

Atualmente, a hipótese mais aceita sobre o modo de nutrição dos primeiros seres vivos
é a hipótese autotrófica. Seus defensores argumentam que na Terra primitiva não haveria
moléculas orgânicas em quantidade suficiente para sustentar a multiplicação dos primeiros
seres vivos até o surgimento da fotossíntese. Os primeiros seres vivos, de acordo com essa
hipótese, seriam quimiolitoautotróficos (do grego litós, rocha), isto é, produziriam suas pró-
prias substâncias alimentares pelo aproveitamento da energia liberada por reações químicas
entre componentes inorgânicos da crosta terrestre. Uma possibilidade é que eles utilizassem

54

compostos de ferro e de enxofre (por exemplo, FeS e H2S), supostamente abundantes na Terra
primitiva. Essa ideia tem se consolidado devido à descoberta de microrganismos chamados

arqueas, alguns dos quais vivem em ambientes inóspitos como fontes de água quente e vul-

cões submarinos, onde há liberação contínua de gás sulfídrico (H2S). Algumas arqueas obtêm
energia a partir de reações químicas como a mostrada a seguir:

FeS  1  H2S  (  FeS2  1  H2  1  Energia
Sulfeto Sulfeto de Dissulfeto Gás

de ferro hidrogênio de ferro hidrogênio
(gás sulfídrico)

Segundo a hipótese autotrófica, a partir dos primeiros seres quimiolitoautotróficos teriam
surgido os outros tipos de seres vivos, primeiro os que realizam fermentação, depois os fotos-
sintetizantes e, por fim, os que respiram gás oxigênio (aeróbios).

Origem da fotossíntese

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Um passo importante na história da vida na Terra foi o aparecimento da fotossíntese. Esse proces-
so, atualmente realizado por algas, plantas e certas bactérias, consiste na produção de substâncias
energéticas alimentares (geralmente glicídios) a partir de substâncias inorgânicas simples como água
(H2O) e gás carbônico (CO2), utilizando luz como fonte de energia. Além de produzir glicídios, a maioria
dos seres autotróficos atuais também produz gás oxigênio (O2), liberado para o ambiente.

Acredita-se que, no início, os reagentes para a fotossíntese eram gás carbônico (CO2) e sul-
feto de hidrogênio (H2S). Ainda hoje, algumas espécies de bactéria, as sulfobactérias, realizam
fotossíntese utilizando esses dois ingredientes, como se pode ver na equação a seguir:

6 CO2  1  12 H2S  1  Energia luminosa  (  C6H12O6  1  6 S2  1  6 H2O

Gás Sulfeto de Glicose Enxofre Água
carbônico hidrogênio

As primeiras bactérias fotossintetizantes capazes de utilizar água (H2O) em lugar de gás
sulfídrico (H2S) teriam surgido há pouco menos de 3 bilhões de anos; a abundância de água na
Terra permitiu que essas bactérias se espalhassem por todo o planeta. As bactérias fotossinte-

tizantes pioneiras teriam sido ancestrais das cianobactérias atuais, que realizam o processo de

fotossíntese mostrado na seguinte equação geral:

6 CO2  1  12 H2O  1  Energia luminosa  (  C6H12O6  1  6 O2  1  6 H2O

Gás Água Glicose Gás Água
carbônico oxigênio

A capacidade de utilizar substâncias simples e energia da luz solar permitiu que as bacté-
rias fotossintetizantes primitivas invadissem os mares e todos os ambientes úmidos do
planeta. A proliferação foi tanta que o gás oxigênio liberado por essas bactérias teria alterado
significativamente a composição da atmosfera terrestre. A partir de 2,5 bilhões de anos atrás, a
concentração de gás oxigênio, praticamente inexistente até então, aumentou progressivamente
até atingir a porcentagem atual, em torno de 21%. (Fig. 2.10)

Anderson de andrade pimentel Figura 2.10 Gráfico que mostra a variação da Capítulo 2 • Origem da vida na Terra
porcentagem de gás oxigênio (O2) na atmosfera da
Oxigênio atmosférico (%) 20 Terra desde sua formação. No início, a atmosfera
terrestre tinha pouco O2, que era produzido
principalmente pela decomposição de moléculas
15 de água sob ação da radiação ultravioleta do Sol.
A quantidade de O2 atmosférico aumentou
exponencialmente devido ao aparecimento de
10 seres fotossintetizantes.

5

0 3 2 1 0 Fonte: Vieyra e Souza-Barros, em O que é vida?
4 de El-Hani e Videira (Orgs.), 2000.

Tempo passado (bilhões de anos)

55

Origem da respiração aeróbia

A vida, que traz em sua essência a capacidade de se adaptar e se perpetuar, encontrou uma
saída para o aumento do gás oxigênio na atmosfera. Os seres ancestrais das cianobactérias, além
de desenvolverem sistemas químicos antioxidantes, passaram a aproveitar o poder oxidante do
gás oxigênio para quebrar as moléculas orgânicas dos alimentos que elas mesmas produziam
pela fotossíntese. A oxidação controlada das substâncias orgânicas utilizadas como alimento
garantiria alta eficiência na obtenção de energia; surgia, assim, a respiração aeróbia, processo
de obtenção de energia cuja equação simplificada é:

C6H12O6  1  6 O2  (  6 CO2  1  6 H2O  1  Energia

Glicose Gás Gás Água
oxigênio carbônico

Note que a equação da respiração aeróbia é praticamente inversa à da fotossíntese. Assim,
há cerca de 2 bilhões de anos, começou a se estabelecer, na Terra, um equilíbrio dinâmico entre
fotossíntese e respiração aeróbia, que perdura até hoje. Na fotossíntese, gás carbônico e água
são utilizados como reagentes e originam, como produtos, moléculas orgânicas e gás oxigênio
(O2); na respiração aeróbia, moléculas orgânicas reagem com moléculas de gás oxigênio (O2) e
originam, como produtos, água (H2O) e gás carbônico (CO2). (Fig. 2.11)

Uma consequência da presença de gás oxigênio na atmosfera terrestre foi a formação de
uma camada de gás ozônio (O3) na estratosfera, entre 12 e 50 quilômetros de altitude. O ozônio
origina-se do gás oxigênio (O2) e bloqueia a passagem da maior parte da radiação ultravioleta
proveniente do Sol, que teria efeito letal sobre os seres vivos. Antes do surgimento da camada
de ozônio, a vida estava restrita aos ambientes protegidos de lagos e mares. Foi a filtração de
radiação ultravioleta pela camada de ozônio atmosférica que deu aos seres vivos a possibilidade
de colonizar ambientes de terra firme, expostos à luz solar.
Unidade A • A natureza da vida
osvaldo sanches sequetinEnergiaGás carbônico
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.luminosaÁgua

do Sol

Respiração, realizada
por animais, plantas,

algas, fungos,
protozoários e bactérias

Fotossíntese, realizada
por plantas, algas e
bactérias

Gás oxigênio

Glicídios

Figura 2.11 Representação esquemática do equilíbrio dinâmico entre a fotossíntese e a respiração aeróbia.
Na fotossíntese, os reagentes gás carbônico (CO2) e água (H2O) originam glicídios e gás oxigênio (O2) como
produtos. Na respiração aeróbia, ocorre o inverso: os reagentes são gás oxigênio (O2) e substâncias orgânicas
e os produtos são gás carbônico (CO2) e água (H2O). (Imagem sem escala, cores-fantasia.)

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Seção 2.3 Evolução e diversificação da vida

❱❱ H  abilidades 1 Origem da célula eucariótica
sugeridas
Os primeiros seres vivos deviam ser muito simples, constituídos por uma
CC  R  econhecer a única célula; esta era, talvez, ainda mais simples que a célula de seres uni-
importância, na história celulares microscópicos recentemente descobertos, as arqueas. A maioria
das arqueas vive em ambientes extremos, como fontes de águas quentes,
da vida na Terra, do lagos salgados e pântanos. A simplicidade das arqueas e os ambientes onde
aparecimento da elas vivem levam os cientistas a conjecturar se elas não seriam parecidas
com as primeiras formas de vida, originadas em ambientes semelhantes
célula eucariótica e da possivelmente existentes na Terra primitiva. (Fig. 2.12)
multicelularidade.
CC  C  onhecer a ideia Por volta de 2 bilhões de anos atrás, ocorreu uma grande inovação na
estrutura dos seres vivos: surgiu a célula eucariótica, mais complexa
central da hipótese que a célula procariótica, atualmente presente apenas em bactérias e
endossimbiótica (ou arqueas. Todos os outros seres vivos têm células eucarióticas; nestas, o
hipótese simbiogênica) citoplasma é um labirinto de túbulos e bolsas membranosas e o material
hereditário fica contido em uma bolsa especial, o núcleo. O citoplasma da
para a origem da célula eucariótica possui também um sistema de sustentação esquelética,
célula eucariótica. constituído por tubos e filamentos de proteínas, o citoesqueleto.

❱❱ C  onceitos principais Acredita-se que os compartimentos membranosos das células eucarió-
ticas surgiram por invaginações da membrana plasmática em um ancestral
• célula eucariótica procariótico. A possível vantagem é que a presença de dobras na membrana
• hipótese aumentaria a superfície de contato da célula com o ambiente, facilitando
a troca de substâncias (entrada de nutrientes e saída de excreções).
endossimbiótica Com o tempo, os compartimentos membranosos teriam se diferenciado
• organismo multicelular e passado a desempenhar funções específicas, aumentando a eficiência
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. do funcionamento celular.
Bernhard Edmaier/Science Photo Library/Latinstock

Figura 2.12 Vista aérea de
um lago de águas quentes

do Parque Nacional de
Yellowstone, nos Estados
Unidos. Note a passarela para
visitantes, abaixo à direita,

para ter ideia da escala.
As cores verde, amarela e
marrom, junto à borda do
lago, são produzidas pela
enorme quantidade de seres
microscópicos procarióticos

(arqueas termófilas)
presentes na água.

57

2 Hipótese endossimbiótica ou simbiogênica

O citoplasma das células eucarióticas atuais tem, dentre outras organelas, mitocôndrias e
plastos, estruturas especializadas em realizar processos de obtenção e de transformação de
energia. Mitocôndrias estão presentes em praticamente todas as células eucarióticas e nelas
ocorre a respiração celular. Plastos estão presentes em células de algas e plantas e neles ocorre
a fotossíntese.

Os cientistas acreditam que tanto mitocôndrias como plastos originaram-se de bactérias
primitivas que, em um passado distante, associaram-se às primitivas células eucarióticas. Essa
é a ideia central da hipótese endossimbiótica, ou hipótese simbiogênica. O termo simbiose,
que compõe ambas as denominações, significa “viver juntos”. (Fig. 2.13)

B C
A D
Unidade A • A natureza da vida
osvaldo sanches sequetin
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
E
F
G

H

Figura 2.13 Representação esquemática dos processos que deram origem à célula eucariótica
segundo a hipótese endossimbiótica (ou simbiogênica). De A a C, formação de compartimentos
membranosos internos por invaginação da membrana plasmática. Em D e E, origem das mitocôndrias
por endossimbiose. Em F e G, origem dos plastos por endossimbiose. A célula representada em G
seria a ancestral de todas as algas e plantas, enquanto a representada em H teria dado origem aos
protozoários, aos fungos e aos animais. (Imagens sem escala, cores-fantasia.)

58

Segundo essa hipótese, as primeiras células eucarióticas adquiriram capacidade de respirar
gás oxigênio quando passaram a abrigar, em seu citoplasma, células procarióticas respiradoras.
Estabeleceu-se, então, uma troca de benefícios entre esses seres: a célula eucariótica garantia
abrigo e alimento à célula procariótica e esta lhe fornecia energia, obtida por meio da respiração
aeróbia. De acordo com os cientistas, a associação foi tão bem-sucedida que se tornou perma-
nente e os primitivos “inquilinos” procarióticos se transformaram em mitocôndrias, organelas
essenciais à sobrevivência da célula eucariótica.

De acordo com a hipótese endossimbiótica, a história dos plastos é muito semelhante à das
mitocôndrias. Os plastos teriam surgido pela associação entre primitivas células eucarióticas (então
já associadas às ancestrais das mitocôndrias) e bactérias fotossintetizantes. Portanto, as células
de algas e de plantas atuais seriam o resultado de uma tripla associação de seres primitivos.

Diversas evidências dão sustentação à hipótese da origem endossimbiótica da célula; por
exemplo, as mitocôndrias e os plastos têm DNA próprio, sintetizam algumas de suas próprias
proteínas e são capazes de se autoduplicar. Acredita-se que os ancestrais diretos das mitocôn-
drias foram organismos procarióticos de um grupo conhecido como bactérias púrpuras, que se
instalaram nas primitivas células eucarióticas provavelmente entre 2 bilhões e 1,9 bilhão de anos
atrás. Os ancestrais dos plastos, por sua vez, seriam bactérias fotossintetizantes e se instalaram
nas células eucarióticas hospedeiras pouco tempo depois.

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A associação bem-sucedida entre células Seres Seres
eucarióticas primitivas e células procarióticas procarióticos eucarióticos
determinou os novos rumos que a vida seguiu
na Terra. Células eucarióticas portadoras ape- Arqueas
nas de mitocôndrias originaram protozoários, EEcAlluuogbbraaaosfccittlééarriidaaasss
fungos e animais. As algas e as plantas atuais, Plantas
por sua vez, evoluíram a partir das células eu- PArnoitomzaiosários
carióticas portadoras tanto de mitocôndrias Fungos
quanto de plastos. (Fig. 2.14)
adilson secco

Os cientistas acreditam que vários outros MiPtolEacSNsIôtMDonsBOdIrSOi-aSsE Figura 2.14 Capítulo 2 • Origem da vida na Terra
eventos endossimbióticos podem ter ocorrido Representação das
na formação de certas espécies de seres atuais. Ancestral relações evolutivas
Muitas espécies de algas, por exemplo, têm procariótico entre os grupos de
cloroplastos constituídos por três ou até por seres vivos, mostrando a
quatro membranas. Supõe-se que esses cloro- endossimbiose que teria
plastos tenham surgido a partir de múltiplos originado mitocôndrias e
eventos de endossimbiose, em que uma alga plastos em organismos
englobada por outra originou seu cloroplasto. eucarióticos.

Alguns defensores da teoria da endossim-
biose acreditam, também, que o complexo
sistema de microtúbulos presente em células
eucarióticas, responsável por sua sustentação
esquelética e movimentação, originou-se de
bactérias englobadas por uma célula eucarió-
tica ancestral. Alguns chegam mesmo a pen-
sar que até o núcleo celular teria surgido por
endossimbiose.

3 Origem da multicelularidade

Um passo importante na história da vida foi o aparecimento dos seres eucarióticos multice-
lulares, isto é, constituídos por muitas células. Na estratégia multicelular, células resultantes
da multiplicação de uma célula inicial, o zigoto, passam a viver juntas e a dividir as tarefas de
sobrevivência, constituindo tecidos e órgãos.

Fósseis de seres multicelulares — algas filamentosas e animais invertebrados semelhantes
a águas-vivas e vermes — aparecem pela primeira vez em rochas com cerca de 1 bilhão de anos
de idade. Estudaremos mais detalhadamente a origem e evolução dos grandes grupos de seres
vivos no volume 3 desta coleção.

59

Atividades Escreva as respostas no caderno

QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR fora da geladeira por vários meses. Na embalagem
de algumas marcas de leite longa vida, podem
Questões objetivas ser lidos os seguintes avisos: “Após a abertura da
embalagem, deve ser conservado sob refrigeração”;
Considere as alternativas a seguir para responder “Tratado pelo processo U.H.T. (ultrahigh tempera-
às questões de 1 a 3. ture) à temperatura de 150 °C por 2 a 4 segundos,
tornando-se estéril”.
a) Biogênese. d) Pasteurização.
Com base no que aprendeu no capítulo, em conhe-
b) Força vital. e) Reprodução. cimentos que já possui e em pesquisas que poderá
fazer, responda:
c) Geração espontânea. a) O que significa dizer que o processo U.H.T. torna

1. Qual é o nome do processo em que bebidas ou o leite estéril?
alimentos são aquecidos à temperatura adequada
e por tempo suficiente para destruir os microrga- b) Qual é a razão da recomendação do fabricante
nismos patogênicos neles presentes, sem alterar o para conservar o leite longa vida sob refrigeração
sabor e outras propriedades? depois de aberta a embalagem?

2. Qual é a teoria segundo a qual um ser vivo somente 11. Que hipótese Miller testou em seu experimento?
se origina a partir de organismos semelhantes? Que dedução ele fez a partir dessa hipótese?

3. Como se chama a teoria segundo a qual a vida pode VESTIBULARES PELO BRASIL Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
surgir a partir da matéria inanimada?
Questões objetivas
4. Os cientistas acreditam que a vida na Terra surgiu
a) há 10 mil anos. 1. (Cesgranrio-RJ) Em 1995 — cem anos da morte de
b) há aproximadamente 3,5 milhões de anos. Pasteur —, o prédio do antigo correio, no Rio de Ja-
c) há 65 milhões de anos. neiro, abrigou uma exposição comemorativa: Vida.
d) entre 4 bilhões e 5 bilhões de anos atrás. Estava lá representada a conhecida experiência dos
frascos com pescoço de cisne, contendo líquidos
5. A importância do trabalho de Miller foi ter demons- nutritivos que, após fervura, não apresentavam
trado, pela primeira vez, que microrganismos. Com essa experiência, Pasteur
a) os primeiros seres vivos vieram do espaço. conseguiu
a) incentivar a geração espontânea.
b) a vida surgiu nos mares primitivos.
b) incentivar a teoria do fixismo.
c) moléculas orgânicas poderiam ter se formado
nas condições da Terra primitiva. c) derrubar a hipótese heterotrófica.

d) os primeiros seres vivos eram heterotróficos. d) derrubar a abiogênese.

Considere as alternativas a seguir para responder e) destruir a lei do uso e desuso.

às questões de 6 a 9. 2. (Unifal-MG) Observe o esquema abaixo, que re-
presenta algumas das etapas da hipótese de que
a) Autotrófico. d) Heterotrófico. as células eucarióticas surgiram, em parte, como
resultado evolutivo de um processo gradual de en-
b) Célula. e) Quimiolitoautotrófico. dossimbiose:

c) Coacervato.

6. Como se denomina o organismo que utiliza energia II III IV V adilson secco
liberada por reações químicas entre componentes DNA
inorgânicos da crosta terrestre para sintetizar seu
próprio alimento? I

7. Como se denomina o organismo que precisa obter VI
substâncias orgânicas do ambiente para usá-las
como fonte de energia e de matéria-prima para se
manter vivo?

Unidade A • A natureza da vida 8. Qual é a denominação dada a um organismo capaz
de sintetizar seu próprio alimento a partir de substân-
cias inorgânicas e de energia obtidas do ambiente?

9. Qual é o nome da unidade dos seres vivos que é um Utilizando o esquema como base, determine a
compartimento membranoso no interior do qual afirmativa incorreta.
acontecem as reações químicas essenciais à vida?
a) A endossimbiose de um procariota fotossintéti-
Questões discursivas co VI com um proeucariota originou as células
eucarióticas heterotróficas atuais.
10. Alimentos preparados de forma adequada e
guardados em frascos hermeticamente fechados b) As invaginações da membrana plasmática
conservam-se inalterados por muito tempo. Um aumentaram a superfície de contato e a capa-
exemplo é o leite “longa vida”, que se conserva cidade de transporte em procarióticos IV.

60

c) Uma célula procariótica aeróbia I associou-se I. Com esta experiência, Miller demonstrou que
a uma procariótica heterotrófica anaeróbia II, havia produção de aminoácidos em condições
aumentando o potencial energético. semelhantes às que havia na atmosfera primi-
tiva da Terra.
d) Como resultado das invaginações, um envelope
nuclear precursor formou-se em uma célula II. Como a circulação do material por dentro do
proeucariótica V. aparelho está completamente isolada do meio
externo, não houve possibilidade alguma de
e) Uma célula procariótica III teve a sua capacidade contaminação com outras substâncias.
aeróbia aumentada, em virtude da comparti-
mentalização das membranas nas mitocôn- III. As substâncias resultantes das reações quími-
drias. cas acumularam-se em C e em D.

3. (Fuvest-SP) Qual das alternativas distingue organis- IV. Com esta experiência, Miller também descobriu
mos heterotróficos de organismos autotróficos? a composição química da atmosfera primitiva
a) Somente organismos heterotróficos necessitam da Terra.
de substâncias químicas do ambiente.
Quais das afirmações anteriores são corretas?
b) Somente organismos heterotróficos fazem res-
piração celular. a) I e II. d) I e III.

c) Somente organismos heterotróficos possuem b) II e IV. e) II e III.
mitocôndrias.
c) III e IV.
d) Somente organismos autotróficos podem viver
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. com nutrientes inteiramente inorgânicos. 6. (PUC-RS) A chamada “estrutura procariótica” apre-
sentada pelas bactérias nos indica que estes seres
e) Somente organismos autotróficos não requerem vivos são
gás oxigênio. a) destituídos de membrana plasmática.

4. (Unifal-MG) Do início da vida na Terra até o apare- b) formadores de minúsculos esporos.
cimento dos seres vivos atuais, aconteceram vários
eventos, como, por exemplo: c) dotados de organelas membranosas.

I. formação das primeiras células; d) constituídos por parasitas obrigatórios.

II. formação de moléculas orgânicas complexas; e) desprovidos de membrana nuclear.

III. aparecimento de organismos capazes de pro- Questão discursiva
duzir alimentos pela fotossíntese.
7. (Unicamp-SP) Analise o gráfico abaixo, no qual é mos-
IV. surgimento dos primeiros organismos aeró- trada a variação do nível de oxigênio na atmosfera
bios. terrestre em função do tempo em bilhões de anos.

Determine a alternativa que indica a ordem mais Nível de O2 na atmosfera (%) 20 alessandro passos da costa
aceita atualmente, para o acontecimento desses 10
eventos.
a) I; II; IV; III. 4,6 3,6 2,6 1,6 0,6

b) II; III; IV; I. Formação A B Dias
de oceanos de
c) I; IV; III; II. e continentes hoje

d) II; I; III; IV.

5. (UFRGS-RS-Adaptado) O desenho a seguir repre-
senta, de forma esquemática, o aparelho que Miller
usou em suas experiências, em 1953, para testar a
produção de amin­ oácidos a partir de uma mistura
de metano, hidrogênio, amônia e água, submetida
a descargas elétricas.

adilson secco � Tempo (bilhões de anos) Capítulo 2 • Origem da vida na Terra
�
a) Em que período (A ou B) devem ter surgido os
B Gases HNCH2H43 primeiros organismos eucariotos capazes de fazer
respiração aeróbia? E os primeiros organismos
A H2O C fotossintetizantes? Justifique as duas respostas.
Calor Condensador
b) Qual organela celular foi imprescindível para
D o aparecimento dos organismos eucariotos
aeróbios? E para os organismos eucariotos fo-
A seguir são feitas quatro afirmações: tossintetizantes?

c) Explique a teoria cientificamente mais aceita sobre
a origem dessas organelas. Dê uma característica
comum a essas organelas que apoie a teoria.

61

UNIDADE A Bases moleculares
da vida
3Capítulo
Água virtual, gasto real
A aplicação à Biologia dos
conhecimentos advindos da Muita água é utilizada em processos de produção,
Química permitiu reconhecer que a seja deste livro, dos alimentos que comemos ou de
organização e a fisiologia dos seres um computador. A quantidade de água gasta para
vivos são determinadas pelos átomos produzir algo é sua água virtual.
e moléculas que os constituem.
Neste capítulo apresentamos Cheeseburger
a constituição molecular das A carne utilizada em um hambúrguer
principais substâncias que – cerca de 150 gramas – requer
compõem os seres vivos. aproximadamente 2.400 litros de água
para ser produzida. Durante a vida, um
3.1 A Química e a vida boi consome cerca de 24 mil litros de
A compreensão do mundo dos átomos e água e 8,5 toneladas de pasto e grãos,
das moléculas dos seres vivos tem sido de cujo cultivo requer nada menos que
fundamental importância para o avanço 3 milhões de litros de água. O pão do
da Biologia e melhoria da qualidade da sanduíche contém mais de 80 litros de
vida humana. água virtual e uma fatia de 10 gramas
3.2 A água e os sais minerais nos de queijo precisa de 50 litros de água
seres vivos para sua produção.
A água, indispensável à vida, é a
substância mais abundante em qualquer Alimentos
ser vivo. Ela é o solvente de todas as industrializados
soluções biológicas e participa de diversas utilizam muita água
reações bioquímicas. em sua produção.
3.3 Glicídios
Os glicídios constituem a principal fonte de DANIEL AUGUSTO NASCIMENTO DE ALMEIDA Refrigerante (350 mL) Pacote de batata chips (200 g)
energia para os seres vivos e estão presentes A maior parte da água virtual Uma porção de batatas fritas
em diversos tipos de alimento. de um refrigerante é gasta no industrializadas contém o triplo
3.4 Lipídios processo de produção do açúcar. da água virtual que a mesma
Os lipídios, além de serem fonte de energia, quantidade de batatas cozidas.
são constituintes fundamentais das células.
3.5 Proteínas
Proteínas são fundamentais na estrutura
dos seres vivos. Quanto à função, um grupo
de proteínas — as enzimas — participa
de praticamente todas as reações químicas
vitais, controlando assim o metabolismo.

3.6 Vitaminas
Vitaminas são substâncias essenciais ao
funcionamento do organismo. As fontes
naturais das vitaminas são os alimentos.
3.7 Ácidos nucleicos
Os ácidos nucleicos constituem os genes,
responsáveis pela herança biológica.

62

UMA REFEIÇÃO SAUDÁVEL Salada mista (160 g)
AJUDA A ECONOMIZAR O mesmo volume de água
OS RECURSOS HÍDRICOS utilizado na produção da
DO PLANETA. carne de um hambúrguer seria
suficiente para produzir quase
30 saladas como essa.

Filé de frango (150 g)
Aves convertem ração em
proteína de forma bem mais
eficiente que os bovinos.
Mesmo assim, a produção de
1 quilograma de frango “custa”
3.900 litros de água virtual.

Batata cozida (200 g) Laranja (unidade) Copo de água natural (350 mL)
Um quilograma de batatas O suco de laranja Se um copo de água fosse
consome cerca de 250 litros industrializado contém mais envasado industrialmente,
de água para sua produção, água virtual do que um suco ele passaria a conter 1 litro
fora a água gasta no cozimento. de laranja natural. de água virtual.

Calça e camiseta: 13.700 litros Para pensar
A água potável é um recurso
Para produzir um quilograma de tecido de natural cada vez mais escasso.
algodão utilizado na confecção de roupas Que atitudes poderíamos adotar
são gastos cerca de 11 mil litros de água. para economizar esse bem tão
Dessa água virtual, aproximadamente precioso?
85% vão para o crescimento da planta.

63

Seção 3.1 A Química e a vida

❱❱ H  abilidades Unidade A • A natureza da vida 1 O desenvolvimento da Bioquímica
sugeridas Gaetan Bally/Corbis/Latinstock
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. O desenvolvimento da Química nos séculos XIX e XX foi determinante
CC R  econhecer a existência para o desenvolvimento da Biologia atual. Sem a base proporcionada pela
de uma realidade Química, seria impossível penetrar no mundo submicroscópico e descobrir
como a célula funciona no nível molecular.
invisível aos olhos — o
nível dos átomos e Um passo importante para estudar a estrutura e o funcionamento dos
seres vivos foi o desenvolvimento da teoria atômica, segundo a qual a maté-
das moléculas — que ria é constituída por minúsculas partículas, os átomos. De acordo com essa
pode ser investigado teoria, a enorme variedade de substâncias existentes na natureza, inclusive
as que formam os seres vivos, é decorrente das diferentes combinações
cientificamente e possíveis entre os átomos dos 89 elementos químicos naturais. Por exem-
incorporado às plo, sempre que dois átomos do elemento hidrogênio (H) se combinam com
nossas visões e um átomo do elemento oxigênio (O) forma-se uma molécula de água (H2O).
A combinação de dois átomos de hidrogênio com um átomo de enxofre (S),
explicações de mundo. por outro lado, dá origem a um gás malcheiroso, o gás sulfídrico (H2S).
CC C  ompreender que
os seres vivos são A aplicação de princípios e métodos da Química no estudo das substân-
cias orgânicas tem sido proveitosa tanto para os químicos como para os
constituídos por átomos biólogos. Para os primeiros, abriu-se um novo campo de estudo, a Quími-
de vários elementos ca Orgânica, que se ocupa das substâncias orgânicas, definidas como
aquelas que apresentam carbono (C) e hidrogênio (H) em sua composição.
químicos, organizados Atualmente, os químicos conseguem “dissecar” em laboratório qualquer
em diversos tipos de substância orgânica, identificando os átomos componentes e a maneira
como eles se organizam nas moléculas. É possível, também, produzir em
substâncias orgânicas, laboratório praticamente todas as substâncias orgânicas conhecidas (pro-
principalmente glicídios, teínas, açúcares, hormônios e gorduras etc.), sem falar na possibilidade
de criar substâncias inexistentes na natureza. (Fig. 3.1)
lipídios, proteínas e
ácidos nucleicos. Para os biólogos, o desenvolvimento da Química foi essencial para
desvendar a estrutura e o funcionamento das células vivas. O ramo das
❱❱ C  onceitos principais ciências naturais que estuda a química da vida é atualmente denominado
Bioquímica. A Bioquímica permitiu a descoberta da existência de milhares
• átomo de substâncias diferentes em uma única célula e das intricadas redes de
• substância orgânica reações químicas das quais elas participam. A variedade de moléculas reuni-
das no espaço microscópico de uma célula levou os cientistas a concluir que
• Bioquímica os seres vivos são os entes mais complexos e organizados do universo. E a
vida caracteriza-se exatamente pela complexidade e pela organização.
Figura 3.1 Nos laboratórios
farmacêuticos modernos, A compreensão do mundo dos átomos e das moléculas dos seres vivos
tecnologias sofisticadas tem sido fundamental para o avanço da Bioquímica, da Biologia, da Medicina
permitem a fabricação de e das aplicações tecnológicas dessas ciênc­ ias, que melhoram a qualidade
substâncias sintéticas utilizadas da vida humana. Isso mostra como a Química é importante.
em medicamentos.
2 Componentes da matéria viva
64
Principais elementos químicos dos seres vivos

Na matéria que constitui os seres vivos, predominam certos elementos
químicos: carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P)
e enxofre (S). Alguns professores utilizam o acrônimo “CHONPS” para facilitar
a memorização desses seis elementos predominantes na matéria viva e que
constituem cerca de 98% da massa corporal da maioria das espécies biológicas.
Diversos outros elementos químicos, como veremos, também são necessários
ao funcionamento dos organismos vivos, mas em proporções bem menores.

O carbono é o constituinte essencial de todas as moléculas orgânicas. É a versatilidade dos
átomos de carbono, que podem ligar-se entre si e com átomos de diversos elementos químicos,
que torna possível a grande variedade de moléculas orgânicas.

Substâncias químicas dos seres vivos

A água é a substância mais abundante em um ser vivo, constituindo cerca de 75% a 85%
de sua massa corporal. O restante distribui-se entre proteínas (10% a 15%), lipídios (2% a 3%),
glicídios (1%) e ácidos nucleicos (1%), além de 1% de sais minerais e de outras substâncias.
Se desidratássemos hipoteticamente uma pessoa de 60 kg, ela ficaria reduzida a cerca de
12 kg, sendo aproximadamente 8,5 kg de proteínas, 1,8 kg de lipídios, 0,5 kg de açúcares, 0,5 kg
de ácidos nucleicos e 0,5 kg de outras substâncias e minerais diversos. (Fig. 3.2)

A 75% - 85% B 72% Adilson secco
Água Proteínas

10% - 15% 14,5%
Proteínas Lipídios

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2% - 3% 1% 4,5% 4,5% 4,5%
Lipídios Sais minerais Glicídios Ácidos Sais minerais
e outras substâncias nucleicos e outras
1% substâncias
Glicídios 1%
Ácidos nucleicos

Figura 3.2 Gráficos que representam as porcentagens, em massa, das
principais substâncias presentes na matéria viva. Em A, os cálculos
incluem a água; em B, a água não é considerada.

Seção 3.2 A água e os sais minerais
nos seres vivos

❱❱ H  abilidades sugeridas 1 Estrutura molecular da água Adilson secco

CC R  econhecer e A molécula de água, de fórmula química H2O, é constituída por um átomo Capítulo 3 • Bases moleculares da vida
compreender os principais de oxigenio (O) unido por meio de ligações covalentes a dois átomos de
hidrogênio (H). Estes formam entre si um ângulo de 104,5° (cento e quatro
aspectos da importância graus e meio), o que torna a molécula de água polarizada e explica muito
da água para a vida. de suas propriedades. (Fig. 3.3)

CC   Estar informado sobre ��
os procedimentos que os
cidadãos podem adotar para O
evitar desperdício de água
potável e assim preservar HH

esse recurso natural. �� ��

❱❱ C  onceitos principais Figura 3.3 A molécula de água é polarizada: o átomo de oxigênio tem carga elétrica
parcial negativa, representada por 2, e os átomos de hidrogênio têm carga elétrica
• ponte de hidrogênio parcial positiva, simbolizada por 1. (Imagem sem escala, cores-fantasia.)
• solvente

• reação de hidrólise
• sal mineral

• pH (potencial
hidrogeniônico)

65

Adilson secco �� Os átomos de hidrogênio de uma molécula de água são
atraídos pelos átomos de oxigênio das moléculas vizinhas e
Atração Cargas vice-versa. Com isso, se estabelece entre moléculas de água
parciais vizinhas um tipo de ligação química denominado ponte de
hidrogênio, ou ligação de hidrogênio. Na água em estado
�� líquido, as pontes de hidrogênio estão continuamente se rom-
pendo e se refazendo, o que explica a grande fluidez da água
líquida. No gelo, devido à baixa temperatura, as moléculas de
água movem-se menos e as pontes de hidrogênio são mais
estáveis, formando uma estrutura cristalina. (Fig. 3.4)

Pontes de Figura 3.4 As regiões eletricamente
hidrogênio positivas de uma molécula de água atraem
a região eletricamente negativa de outras,
formando ligações de hidrogênio. (Imagem
sem escala, cores-fantasia.)

2 Importância da água para a vida

A água como solvente Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

Atividades essenciais à vida, como o transporte de substâncias e reações químicas enzimáti-Unidade A • A natureza da vida
cas, necessitam que as moléculas participantes estejam dissolvidas em um meio líquido. Nesse
aspecto, a água desempenha papel fundamental por ser um excelente solvente. Ela é capaz de
dissolver grande variedade de substâncias químicas, como sais, gases, açúcares, aminoácidos, pro-
teínas e ácidos nucleicos; por isso, costuma-se atribuir à água o título de “solvente universal”.

O líquido que preenche as células vivas, denominado citosol, consiste em uma solução aquosa
de diversas substâncias. O sangue e outros líquidos corporais dos seres multicelulares também
são soluções aquosas. As principais substâncias dissolvidas nessas soluções biológicas são
glicídios, sais, aminoácidos e proteínas, entre outras.

Substâncias cujas moléculas têm afinidade pela água, dissolvendo-se nela, são chamadas de
hidrofílicas (do grego hydro, água, e philos, amigo). Exemplos de substâncias orgânicas hidrofílicas
são grande parte dos glicídios e muitas proteínas. A solubilidade deve-se ao fato de haver, nas
moléculas hidrofílicas, regiões eletricamente carregadas e, por isso, capazes de interagir com
as moléculas polarizadas da água. Por outro lado, substâncias que não se dissolvem em água
são chamadas de hidrofóbicas (do grego hydro, água, e phobos, medo, aversão). Exemplos de
substâncias hidrofóbicas são os óleos e as gorduras. A insolubilidade dessas substâncias ocorre
porque suas moléculas não apresentam cargas elétricas, isto é, são apolares; por isso, não con-
seguem interagir com as moléculas polarizadas da água e ficam agregadas, sem se dissolver.

A água nas reações químicas dos seres vivos

Nos seres vivos ocorre ininterruptamente um número enorme de reações químicas, mediante
as quais as células obtêm energia e produzem as substâncias necessárias à sua vida. Em algumas
dessas reações, a água participa como reagente; em outras, ela é gerada como produto.

Há determinadas reações químicas em que ocorre união entre moléculas (síntese) e formação
de água como produto. Elas são denominadas reações de condensação, ou sínteses por desi-
dratação. Por outro lado, há reações de quebra (análise) de moléculas orgânicas em que a água
participa como reagente; elas são denominadas reações de hidrólise (do grego, hydro, água e
lise, quebra), que significa “quebra pela água”. (Fig. 3.5)

A água como moderador de temperatura

A maioria dos seres vivos só pode viver em uma estreita faixa de temperatura, fora da qual
ocorre a morte ou o metabolismo cessa. Nesse aspecto, a água é importante para ajudar a evitar
variações bruscas na temperatura dos organismos, pois pode absorver ou ceder grandes quanti-
dades de calor com pequena alteração de temperatura, ou seja, possui alto calor específico.

66

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A água apresenta elevado calor latente de vaporização, ou seja, absorve grande quantidade
de calor para passar do estado líquido ao gasoso. A evaporação da água é um mecanismo impor-
tante para os seres vivos, pois, graças a ele, os organismos que vivem em terra firme evitam o
superaquecimento. As folhas das plantas, por exemplo, não se aquecem demais durante um dia
de sol intenso porque a maior parte do calor que recebem é utilizado para evaporar a água dos
tecidos, no processo de transpiração foliar. A evaporação do suor de nossa pele, por sua vez,
demanda energia e ajuda a resfriar a superfície do corpo em um dia quente ou quando fazemos
atividades físicas que geram calor em excesso.

A água apresenta também elevado calor latente de fusão, ou seja, para se solidificar, isto é,
tornar-se gelo, precisa liberar muito calor, o que requer exposição a temperaturas inferiores a 0o C
por tempo prolongado. Essa propriedade da água protege os organismos vivos dos efeitos dano-
sos do congelamento; se a água de suas células congelasse facilmente, os seres vivos morreriam
devido aos cristais formados dentro delas, que causariam danos às membranas celulares.

Importância biológica da coesão e adesão da água

Duas propriedades da água — a coesão e a adesão — são extremamente importantes para a
vida. Coesão é o fenômeno de as moléculas de água manterem-se unidas umas às outras por
meio de pontes de hidrogênio. Adesão é o fenômeno de as moléculas de água, por serem pola-
rizadas, aderirem a superfícies constituídas por substâncias polares. Essa propriedade faz com
que a água molhe materiais como tecidos de algodão, papel etc. e suba pelas paredes de tubos
finos. Nas plantas, as propriedades de adesão e coesão da água atuam no deslocamento da seiva
mineral, desde as raízes, onde ela é absorvida do solo, até as folhas no topo das árvores.

3 Importância biológica dos sais minerais

Sais minerais são substâncias inorgânicas formadas por íons, muitos dos quais fundamentais
para o bom funcionamento dos seres vivos. A falta de certos minerais pode afetar seriamente
o metabolismo e até causar a morte. Na espécie humana, por exemplo, os íons de cálcio (Ca2+)
participam das reações de coagulação do sangue e da contração muscular, além de serem com-
ponentes fundamentais dos ossos. É fácil imaginar as consequências desastrosas de sua falta
para o organismo. Os íons de magnésio (Mg2+), de manganês (Mn2+) e de zinco (Zn2+), entre outros,
participam de reações químicas vitais às células. Os íons de sódio (Na+) e de potássio (K+) são
responsáveis, entre outras funções, pelo funcionamento das células nervosas.

Íons inorgânicos, como os fosfatos (PO43-) e os carbonatos (CO32-), são importantes para o con-
trole da acidez do ambiente interno das células. A acidez depende da concentração relativa de
íons hidrogênio (H+), que os químicos denominam potencial hidrogeniônico, ou pH. Quanto maior
a concentração de H+ em um meio, maior a sua acidez e menor o valor do pH (pH = —log[H+]). O pH
neutro é igual a 7. Muitas reações químicas essenciais à vida somente ocorrem se as condições
de acidez forem favoráveis; sais como os fosfatos e os carbonatos são capazes de neutralizar o
excesso de íons H+, regulando as condições de acidez do meio interno dos seres vivos.

anderson de andrade pimentel HHO HHO CH2OH Capítulo 3 • Bases moleculares da vida

H N C C OH H N C C OH H OH HOCH2 O OH
H OH HO CH2OH

H H HO OH H
Aminoácido Aminoácido
H OH OH H

Condensação Sacarose

Figura 3.5 À esquerda, H2O Água Reação de H2O Água consumida
reação de condensação produzida hidrólise
(síntese por desidratação) CH2OH
entre dois aminoácidos.
H HOH HO H OH HOCH2 O OH
À direita, exemplo de H
reação de hidrólise, no
caso a digestão do açúcar H N C C N C C OH HO OH H O H HO H HO CH2OH
sacarose, que resulta em
HH H OH OH H
glicose e frutose. Glicose Frutose
Ligação Dipeptídio
peptídica

67

CIÊNCIA Água: um recurso cada vez mais precioso
E CIDADANIA

1 Além de conhecer as principais características da De acordo com a Organização das Nações Unidas, cada

água e sua importância para a vida em nosso planeta, pessoa necessita de cerca de 110 L de água por dia para

todo cidadão responsável também tem de estar infor- atender às necessidades de consumo e higiene. No
mado sobre o valor da água como recurso natural. entanto, no Brasil, o consumo por pessoa pode chegar
2 Já há escassez de água potável em países da África a mais de 200 L/dia. Veja a seguir algumas maneiras
e do Oriente Médio e um relatório recente da ONU traz de racionalizar o consumo de água no seu dia a dia.
a sombria previsão de que, até o ano de 2050, cerca de

4 bilhões de pessoas viverão em condições de extrema Lavando roupa:
falta de água. A essas más notícias soma-se a previsão
da redução das chuvas como consequência da mudança No tanque, com a torneira aberta por quinze minutos,
o gasto de água pode chegar a 279 L. Acumule uma
climática global.
quantidade razoável de roupas. Encha o tanque com água e

3 Cerca de 97,5% da água presente em nosso pla- ensaboe as roupas, mantendo a torneira fechada. Reutilize
neta é salgada, constituindo mares e oceanos. O a água do enxágue para lavar o quintal ou a calçada.

restante, cerca de 2,5%, é de água doce; porém, esta

se encontra quase que toda congelada ou no subsolo;
Unidade A • A natureza da vida
nilsonapenas aproximadamente 0,01% está acessível para
Cardoso
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.o consumo humano.

4 O Brasil detém quase 14% da água potável dispo-

nível no mundo. Entretanto, esse recurso distribui-se

desigualmente pelo país. Na Bacia Amazônica, por

exemplo, concentram-se mais de 73% do volume de

água doce brasileiro, servindo a apenas cerca de

7% da população. O restante, cerca de 27%,

distribui-se de maneira desigual por nos-

so território. A região Nordeste, por

exemplo, conta com cerca de 5% Regando as plantas:
das reservas de água potável do
país, embora nela vivam quase Com mangueira por dez
28% da população brasileira. minutos: 186 L.

Durante o verão faça rega

A falta de água pode pela manhã ou à noite, o que
ser evitada? reduz a perda de água por
evaporação. No inverno,
5 Conhecer melhor o ciclo da água faça a rega em dias
alternados, pela manhã.

e racionalizar seu consumo são provi-

dências importantes para o futuro da

humanidade e todos podem (e devem)

participar dessa empreitada. Por isso, os

governos precisam investir em estudos

sobre os recursos hídricos e todos os ci-

dadãos devem aprender a usar racional-

mente a água potável. Ainda há muito

desperdício desse recurso na agricultura,

na indústria e no uso doméstico.

Lavando a calçada:

Com mangueira durante quinze minutos: 279 L.
Use vassoura e balde com a água de enxágue das roupas.

Lavando o carro:

Com a torneira não muito aberta,
durante trinta minutos: 216 L.
Com balde: 40 L.

68

Tomando banho: Desperdício

Quinze minutos com o registro aberto na ducha: 135 L; Consumo consciente
no chuveiro elétrico: 45 L.
Escovando os dentes:
Feche o registro ao se ensaboar e reduza o tempo para 5 minutos; na
ducha: o consumo cai para 45 L; no chuveiro elétrico, cai para 15 L. Cinco minutos com a torneira não
muito aberta: 12 L.
Com a torneira fechada enquanto se
escovam os dentes apenas enxaguando
a boca após a escovação: 0,5 L.

Utilizando o vaso sanitário:

Não utilize o vaso sanitário como
lixeira. Além de entupir o encanamento,
o lixo pode voltar e sujar sua casa.
Ao dar descarga, lembre-se de que a
quantidade de água gasta é muito grande.
Se as válvulas estiverem defeituosas, o
desperdício é bem maior.

Lavando a louça:

Com a torneira meio
aberta por quinze
minutos: 117 L.
Limpe os restos de
comida dos pratos e
panelas com esponja
e sabão antes de
molhá-los. Feche a
torneira. Ensaboe
tudo e depois abra a
torneira novamente
para o enxágue. Em
quinze minutos: 20 L.
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
Fonte dos dados:
Capítulo 3 • Bases moleculares da vidahttp://www.sabesp.com.br

Acesso em: mar. 2010.

GUIA DE LEITURA

1. Leia os dois parágrafos iniciais do quadro. Imagi- Brasil dividido em regiões e com os dados estatís-
nar um mundo com água potável escassa, embora ticos associados. Eventualmente, pesquise dados
assustador, nos leva a refletir sobre o que pode- complementares de modo a compor um mapa
mos fazer para contribuir positivamente nessa com informações mais completas.
questão de cidadania.
4. No quinto parágrafo, no item A falta de água
2. O terceiro parágrafo comenta sobre reservas de pode ser evitada?, são mencionadas ações no in-
água não potável. Não seria possível dessalinizar teresse da cidadania para racionalizar o consumo
água do mar? Ou utilizar gelo polar derretido? de água, preservando-a para as futuras gerações
Quais seriam os problemas dessas tecnologias? humanas. As ilustrações e as respectivas legendas
Considere esses temas para futuras pesquisas. mostram atitudes cotidianas nesse sentido. Você
acha que seria possível contribuir com alguma
3. Leia o parágrafo de número 4 e exercite a decodi- atitude para racionalizar seu consumo de água e
ficação de informações escritas passando-as para o de sua família?
uma linguagem visual, por exemplo, um mapa do

69

Seção 3.3 Glicídios

❱❱❱Habilidade sugerida 1 Características gerais dos glicídios Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

CCCConhecer os Glicídios, também chamados de açúcares, carboidratos ou hidratos
glicídios quanto às de carbono, são moléculas orgânicas constituídas fundamentalmente por
suas características átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio.
químicas principais
(tipos de componentes, Os glicídios constituem a principal fonte de energia para os seres vivos
estrutura molecular e estão presentes em diversos tipos de alimento. Farinhas de trigo, de mi-
etc.) e suas funções lho e de mandioca contêm o glicídio denominado amido; o açúcar de cana,
gerais nos seres vivos. largamente utilizado no dia a dia, é o glicídio sacarose; o leite contém o
açúcar lactose; frutos adocicados contêm frutose e glicose, entre outros
❱❱❱Conceitos principais tipos de glicídio.

• glicídio Além de constituir a mais importante fonte de energia para os seres
• monossacarídio vivos, os glicídios também desempenham papel relevante na estrutura
corporal desses organismos. A celulose, por exemplo, que forma a parede
• dissacarídio das células vegetais e dá sustentação ao corpo das plantas, é um glicídio
• polissacarídio com função estrutural. Outro exemplo é a quitina, glicídio cuja molécula
contém átomos de nitrogênio e constitui o mais importante componente
adrian BiCker/sCienCe photo da parede celular de fungos e do exoesqueleto dos artrópodes (insetos,
liBrary/spl dC/latinstoCk aranhas, camarões etc.). (Fig. 3.6)

Os glicídios também fazem parte da estrutura dos ácidos nucleicos (DNA
e RNA), que contêm instruções hereditárias e controlam indiretamente a
maior parte das atividades celulares. O ATP (trifosfato de adenosina), a prin-
cipal substância envolvida nos processos energéticos biológicos, também
apresenta um glicídio (a ribose) em sua composição.

2 Classificação dos glicídios

Os glicídios podem ser classificados em três grupos, de acordo com o
tamanho e a organização de sua molécula: monossacarídios, dissacarídios
e polissacarídios.

Figura 3.6 Na cana-de-açúcar (foto maior), a celulose que constitui as delFim martins /
paredes celulares e a sacarose (o açúcar de cana) são glicídios. Na foto pulsar imaGens
menor, o exoesqueleto que a libélula está abandonando, bem como o novo
exoesqueleto formado são constituídos pelo polissacarídio nitrogenado
denominado quitina, um tipo de glicídio.

Unidade A • A natureza da vida

70

Monossacarídios são os glicídios mais simples, que apresentam entre 3 e 7 átomos de car-
bono na molécula e fórmula geral Cn(H2O)n. Glicídios de três carbonos e fórmula geral (C3H6O3)
são denominados trioses; os de quatro carbonos e fórmula geral C4H8O4 são tetroses; e assim
por diante: pentoses (C5H10O5), hexoses (C6H12O6) e heptoses (C7H14O7).

Além dos nomes genéricos, os monossacarídios têm nomes específicos, de acordo com suas
características químicas. Com certeza você já ouviu falar em glicose, frutose e galactose; eles são
hexoses, isto é, monossacarídios com 6 carbonos na molécula. Por outro lado, a ribose presente

no RNA é um monossacarídio do tipo pentose. (Fig. 3.7)

CH2OH

H OH HOCH2 O OH alessandro passos da costa
H

HO OH H OH HH HH

H OH CH2OH OH OH

Glicose HO O OH Ribose
(hexose) H (pentose)

HOCH2 O H H OH H H HOCH2 O OH

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. HO H HO H OH HH HH
CH2OH
Galactose
(hexose)

HO H OH H

Frutose Desoxirribose
(hexose) (pentose)

Figura 3.7 Fórmulas de alguns monossacarídios. Nesses compostos, os átomos de
carbono unem-se formando anéis pentagonais ou hexagonais. As fórmulas acima estão
simplificadas e omitem os átomos de carbono localizados nos vértices dos anéis. Note
que a desoxirribose é o único dos cinco que não apresenta fórmula geral Cn(H2O)n.

Dissacarídios são glicídios constituídos por dois monossacarídios quimicamente unidos.
A sacarose, o principal açúcar presente na cana-de-açúcar, é um dissacarídio formado pela união
de uma glicose e uma frutose. Outro exemplo de dissacarídio é a lactose, o açúcar do leite, cons-
tituído pela união de uma glicose e uma galactose. (Fig. 3.8)

CH2OH CH2OH H OH alessandro passos da costa

H OH HOCH2 O H HO O H H OH H H Capítulo 3 • Bases moleculares da vida
H H

HO OH H O H HO CH2OH H OH H O H O OH

H OH OH H H OH CH2OH

Sacarose (açúcar da cana) Lactose (açúcar do leite)

Figura 3.8 Fórmulas dos dissacarídios sacarose e lactose.

Polissacarídios são glicídios constituídos por centenas ou mesmo milhares de monossaca-
rídios quimicamente ligados. Moléculas de polissacarídios são relativamente grandes quando
comparadas à maioria das outras moléculas, e por isso são consideradas macromoléculas (do
grego makros, grande).

Polissacarídios são polímeros, denominação que se dá a moléculas constituídas pela repetição
de centenas ou milhares de unidades idênticas (ou semelhantes), os monômeros. Exemplos de
polissacarídios são o amido (cujo monômero é a a glicose), o glicogênio (o monômero também
é a a glicose), a celulose (o monômero é a b glicose) e a quitina (o monômero é a N-acetilgluco-
samina). A a glicose e a b glicose são formas de glicose interconversíveis, isto é, que podem se
transformar uma na outra, diferindo quanto à posição do hidrogênio (KH) e da hidroxila (KOH)
ligados ao chamado carbono 1.

71

Seção 3.4 Lipídios

❱❱ H  abilidade sugerida 1 O que são lipídios Niall McDiarmid/Alamy/Other Images
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
CC  C  onhecer os lipídios O termo lipídio designa alguns tipos de substância orgânica, como óleos,
quanto às suas ceras e gorduras, cuja principal característica é a insolubilidade em água e
características a solubilidade em certos solventes orgânicos. Você já deve ter observado
que óleos e gorduras não se misturam à água; a razão dessa insolubilidade
químicas principais é que as moléculas dos lipídios são apolares e, portanto, não têm afinidade
(tipos de componentes, pelas moléculas polarizadas da água. (Fig. 3.9)

estrutura molecular 2 Tipos de lipídio
etc.) e suas funções
gerais nos seres vivos. Os principais tipos de lipídio são glicerídios, ceras, carotenoides, fos-
folipídios e esteroides. Veremos, a seguir, as principais características de
❱❱ C  onceitos principais cada um deles.

• lipídio Glicerídios
• glicerídio
Glicerídios são constituídos por moléculas do álcool glicerol ligadas a
• cera uma, a duas ou a três moléculas de ácidos graxos; neste último caso, os
• esteroide glicerídios são conhecidos como triglicerídios, ou triglicérides. São glicerí-
• colesterol dios os óleos e as gorduras, que diferem quanto ao ponto de fusão: óleos
• fosfolipídio são líquidos à temperatura ambiente, e gorduras são sólidas.
• carotenoide
O glicerol (C3H8O3) é um álcool cujas moléculas têm três átomos de car-
Figura 3.9 Óleos e gorduras bono, aos quais estão unidos grupos hidroxila (kOH). Ácidos graxos são
não se misturam com água; formados por longas cadeias de número par de átomos de carbono com um
suas moléculas, apolares, não grupo terminal denominado carboxila (kCOOH).
têm afinidade pelas moléculas
polarizadas da água. As aves Uma curiosidade interessante sobre os glicerídios é relativa à fabricação
aquáticas lubrificam as penas com das margarinas vegetais, bastante utilizadas atualmente em substituição
substâncias oleosas produzidas à manteiga. Se você ler atentamente o rótulo de uma margarina, deverá
por uma glândula especial encontrar a seguinte inscrição: “Fabricada com óleos vegetais hidroge-
localizada na cauda, o que faz as nados”. O que isso significa? Simplesmente que, por meio de uma reação
penas repelirem a água, impedindo química em que se adicionou hidrogênio às moléculas de óleos vegetais
que a pele se molhe. (hidrogenação), estes se tornaram sólidos e com consistência pastosa à
temperatura ambiente.

Fabio Colombini

Unidade A • A natureza da vida
John Foxx Collection

72

A possibilidade de transformar óleo em margarina decorre de uma propriedade das moléculas
de ácidos graxos que compõem o glicerídio. Se os ácidos graxos forem todos de cadeia saturada,
isto é, se todos os carbonos da cadeia de ácido graxo estiverem unidos por ligações simples, o
glicerídio será uma gordura. Por outro lado, se um ou mais dos ácidos graxos do glicerídio tiverem
cadeia insaturada, isto é, apresentarem dupla ligação em um ou mais pares de carbonos da cadeia,
o glicerídio será um óleo. Os químicos das indústrias de margarina promovem a ligação de átomos
de hidrogênio aos carbonos que fazem a ligação dupla, desfazendo-a. Assim, as cadeias carbônicas
de ácido graxo, artificialmente saturadas, tornam-se “retas” e podem adquirir um empacotamento
mais denso, passando a apresentar consistência pastosa à temperatura ambiente. (Fig. 3.10)

anderson de andrade pimentel HO Ácido palmítico
(saturado)

H C O C CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

O CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3
H C O C CH2 CH2
Ácido esteárico
O (saturado)
H C O C CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH
H
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. GLICEROL CH2 CH
2 CH
Óleos vegetais Figura 3.10 Fórmula estrutural 2 CH
de um glicerídio constituído por 2
Margarina
Iara Venanzi/Kino três ácidos graxos distintos. Note CH
que os dois ácidos graxos saturados têm 2 CH
2 CH
cadeia carbônica “reta”, enquanto o ácido
2
oleico é insaturado devido à presença de dupla
Ácido oleico
ligação, apresentando uma “dobra” na cadeia. Moléculas (insaturado)

de ácidos graxos de cadeias saturadas podem aproximar-se CH
3
mais umas das outras, formando um empacotamento mais

denso; em consequência, seu conjunto é sólido (por exemplo,

margarina e manteiga). Quando as cadeias carbônicas são

insaturadas, as moléculas formam um empacotamento mais

frouxo, produzindo um conjunto líquido à temperatura ambiente

(por exemplo, óleo vegetal).

Os seres vivos utilizam glicerídios como reserva de energia para momentos de necessidade. Capítulo 3 • Bases moleculares da vida
Por exemplo, muitas plantas armazenam grande quantidade de óleo em suas sementes, cuja
função é alimentar o embrião durante seu desenvolvimento. A soja, o girassol, o milho e a canola,
entre outras plantas, têm sementes oleaginosas, utilizadas pela humanidade na fabricação de
óleo de cozinha. Aves e mamíferos armazenam gordura em células especiais, em uma camada
embaixo da pele. Além de servir de reserva energética, essa camada gordurosa atua como um
isolante térmico, ajudando a manter constante a temperatura corporal.

Pesquisas científicas têm mostrado os perigos do consumo excessivo de alimentos gordu-
rosos. Certos ácidos graxos podem levar ao desenvolvimento da aterosclerose (deposição de
lipídios na parede das artérias com perda de sua elasticidade), o que pode resultar em doenças
cardiovasculares, causar infarto do coração e acidentes vasculares cerebrais (AVCs).

Uma dieta saudável deve conter certa quantidade de gorduras e óleos, pois, entre outras
funções, eles são necessários para o organismo absorver as chamadas vitaminas lipossolúveis
(vitaminas A, D, E e K), que só se dissolvem em lipídios. Além disso, também necessitamos de
certos ácidos graxos que não conseguimos produzir, os chamados lipídios essenciais. Eles estão
presentes em diversos óleos vegetais e em peixes marinhos (por exemplo, no conhecido óleo
de fígado de bacalhau), e são importantes para a construção das membranas celulares e para a
síntese das prostaglandinas, substâncias que regulam diversos processos orgânicos, como con-
tração da musculatura lisa, agregação de plaquetas do sangue, processos inflamatórios etc.

Ceras

Ceras são substâncias formadas por uma molécula de álcool diferente do glicerol unida a
uma ou mais moléculas de ácidos graxos. Há ceras constituídas por moléculas de álcool de até
16 átomos de carbonos na cadeia.

73

Por serem altamente insolúveis em água, as ceras são CH3 adilson seCCo
muito úteis para plantas e animais. As folhas de muitas
plantas têm a superfície recoberta de cera, o que as torna HC CH3
impermeáveis, reduzindo a perda de água por transpiração.
As ceras também estão presentes no revestimento corpo- CH2
ral de diversos insetos; algumas espécies, como as abelhas,
utilizam cera na construção das colmeias. CH2

Esteroides CH2

Os esteroides diferem marcadamente de glicerídios e HC CH3
ceras, constituindo uma categoria especial de lipídios. As CH3
moléculas de esteroides são compostas por átomos de
carbono interligados, formando quatro anéis carbônicos, CH3
aos quais estão ligadas cadeias carbônicas, grupos hidro-
xila ou átomos de oxigênio. (Fig. 3.11) HO
Colesterol
O colesterol é um dos esteroides mais conhecidos, CH3
principalmente por estar associado ao infarto do coração
e a outras doenças do sistema cardiovascular. Sabe-se que C O
a ingestão exagerada de colesterol nas gorduras animais CH3
pode trazer diversos distúrbios à saúde. Entretanto, o co-
lesterol é necessário ao organismo humano porque, entre CH3 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
outras razões, é um importante componente das membra-
nas das células animais, sendo também precursor de hor- O
mônios esteroides como a progesterona e a testosterona.
Curiosamente, as membranas das células de plantas e de Progesterona (hormônio feminino)
células bacterianas não têm colesterol.
Figura 3.11 Fórmulas de dois
O colesterol é produzido em nosso próprio organismo, esteroides, o colesterol e a
principalmente no fígado, ou obtido em alimentos de origem progesterona. Os hexágonos e os
animal. Depois de absorvido no intestino, ele é transportado pentágonos são representações
aos diversos tecidos por proteínas especiais presentes no simplificadas da fórmula: em cada
sangue. As células utilizam colesterol como matéria-prima vértice há um átomo de carbono
para a produção das membranas celulares e dos hormônios ligado a átomos de hidrogênio, não
esteroides. O estrógeno e a testosterona, respectivamente mostrados. Note que esses dois
os hormônios sexuais feminino e masculino dos animais esteroides têm o mesmo
vertebrados, são produzidos a partir do colesterol. “esqueleto” básico, formado por
quatro anéis interligados.

Fosfolipídios

Os fosfolipídios são os principais componentes das biomembranas. Do ponto de vista químico,
um fosfolipídio é um glicerídio combinado a um grupo fosfato. A molécula de fosfolipídio lembra
um palito de fósforo, com uma “cabeça” eletricamente carregada e uma haste sem carga elétrica,
constituída por duas “caudas” de ácido graxo. (Fig. 3.12)

Unidade A • A natureza da vidaFigura 3.12 Estrutura molecular da fosfatidilcolina (lecitina), fosfolipídio
adilson seCCofundamental na composição das membranas das células vivas.

Carotenoides

Carotenoides são pigmentos, de cor vermelha, laranja ou amarela, insolúveis em água e
solúveis em óleos e solventes orgânicos. Estão presentes nas células de todas as plantas, nas
quais desempenham papel importante no processo de fotossíntese.

74

Os carotenoides são importantes também para muitos animais. Por exemplo, a molécula de
caroteno, um carotenoide alaranjado presente na cenoura e em outros vegetais, é matéria-prima
para a produção da vitamina A, essencial a muitos animais. Essa vitamina é importante, por
exemplo, para nossa visão, pois é precursora do retinal, uma substância sensível à luz presente

na retina dos olhos dos vertebrados. (Fig. 3.13)

Molécula de betacaroteno CH3 CH3 adilson secco
O2 C CH2

CH3 CH3 CH3 Ponto de C CH2
ruptura C CH2 1 O2
H2C C CH C CH C CH CH CH
CH CH CH3

CH2 C CH CH CH CH CH C CH C CH 1 [4 H]

H2C C CH3 CH3
CH3 CH3

CH3 CH3 CH3 H H CH3 CH3 CH3 H H
OH
H2C C CH C CH C C H2C C CH C CH C C

CH2 C CH CH CH CH OH CH2 C CH CH CH CH

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. H2C C 2 moléculas de H2C C
CH3 CH3
vitamina A CH3 CH3

Figura 3.13 A molécula do betacaroteno, presente em diversas plantas, quando absorvida
por nossas células origina duas moléculas de vitamina A, importante para a visão.

CIÊNCIA Colesterol e saúde
E CIDADANIA

1 Talvez você já tenha ouvido falar em “colesterol se acumular na parede das artérias, formando placas Capítulo 3 • Bases moleculares da vida
bom” e “colesterol ruim”. Essas expressões não se ateroscleróticas. O crescimento dessas placas pode
referem à molécula de colesterol em si, que é sempre a levar ao entupimento de uma artéria e bloquear o
mesma, mas a proteínas sanguíneas encarregadas do fluxo de sangue. Quando isso ocorre em artérias do
transporte de colesterol e de diversos outros lipídios. coração ou do cérebro, o resultado é um ataque car-
Essas proteínas associam-se a lipídios formando lipo- díaco ou isquemia cerebral, respectivamente. Por isso,
proteínas, conhecidas pelas siglas LDL (do inglês Low o colesterol associado ao LDL é chamado “colesterol
Density Lipoprotein, lipoproteína de baixa densidade) ruim” e não deve estar em excesso no sangue.
e HDL (do inglês High Density Lipoprotein, lipoproteína 5 As lipoproteínas HDL capturam parte do excesso
de alta densidade). de colesterol do sangue, transportando-o até o fígado,
2 As LDL são as principais transportadoras de coleste- onde ele é eliminando na bile. Portanto, o HDL ajuda a
rol, enquanto as HDL são as principais transportadoras eliminar colesterol do sangue e, por isso, o complexo
de fosfolipídios (lipídios associados a fosfatos). Ambas, colesterol-HDL é chamado de “colesterol bom”. Acredita-
entretanto, podem transportar os dois tipos de lipí- -se que a ingestão de óleos vegetais insaturados, como
dio. os presentes no azeite de oliva, contribua para manter
3 O colesterol sintetizado no fígado ou absorvido os níveis normais de colesterol no sangue e para au-
dos alimentos de origem animal (alimentos de origem mentar a produção de HDL (“colesterol bom”). O azeite
vegetal não possuem colesterol) é transportado pelo também aumenta a taxa de secreção de bile pelo fígado,
sangue na forma de LDL. Nos tecidos do corpo, o com- estimulando a digestão e a absorção das gorduras e das
plexo colesterol-proteína é englobado pelas células vitaminas lipossolúveis.
e o colesterol é utilizado como matéria-prima para a 6 Estudos populacionais têm mostrado uma relação
síntese das membranas celulares. entre os níveis de colesterol no sangue e o risco de
4 Concentrações muito elevadas de colesterol no desenvolvimento de doenças cardíacas. Segundo a
sangue, no entanto, diminuem o processo de captação Associação Americana do Coração, a relação entre os
do complexo colesterol-LDL pelas células. Com isso, o níveis de colesterol sanguíneo total de uma pessoa em
complexo LDL em excesso no sangue oxida-se e pode jejum e o risco para doenças cardíacas é a seguinte:

75

Nível de colesterol Risco de doença cardíaca 7 Exames mais modernos permitem estimar os ní-
sanguíneo (mg/dL) veis de colesterol-HDL e de colesterol-LDL e tendem a
substituir os exames de colesterol total. Nesse caso,
<200 Nível desejável: menor risco o desejável é que o nível de colesterol-HDL (“bom”)
de doença cardíaca seja maior do que 60 mg/dL de sangue e que o de
colesterol-LDL (“ruim”) seja menor do que 100 mg/dL
200-239 Limiar de alto risco de sangue para as pessoas em geral, ou menor do que
70 mg/dL para pessoas que apresentam alto risco de
>240 Nível não desejável: doenças cardíacas.
alto risco

GUIA DE LEITURA

1. Leia os dois parágrafos iniciais do quadro. Como 4. Pela leitura do quarto e do quinto parágrafos,
você responderia a alguém que afirmasse: “há podemos reunir informações para definir o
dois tipos de molécula de colesterol: uma boa e que é “colesterol ruim” e “colesterol bom”.
outra ruim para o organismo”?. Segundo o texto, que providências quanto à
dieta podem diminuir o primeiro e aumentar
2. O terceiro parágrafo apresenta a função normal o segundo?
do transporte de colesterol pelo LDL sanguíneo.
Certifique-se de ter compreendido que o colesterol é 5. Os dois últimos parágrafos (6 e 7) do quadro
necessário ao nosso organismo, em níveis normais. relacionam o nível de colesterol sanguíneo e o
risco de doenças sanguíneas. Com base no que
3. Leia o quarto parágrafo do quadro e responda foi discutido no texto, os exames dos níveis de
resumidamente, ou por meio de um esquema: LDL e HDL dariam mais ou menos informações
qual é a relação entre o excesso de colesterol san- sobre o metabolismo da pessoa que o exame
guíneo e a formação de placas ateroscleróticas? do colesterol total no sangue? Por quê?
Qual é a consequência disso para a saúde?
Unidade A • A natureza da vida
Seção 3.5 Proteínas
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
❱❱❱Habilidades sugeridas 1 O que são proteínas

CCCConhecer as proteínas Hoje sabemos que as moléculas de proteína são formadas por de-
quanto às suas características zenas, centenas ou milhares de moléculas de aminoácido ligadas em
sequência, como elos em uma corrente. Em outras palavras, proteínas
químicas principais e suas são polímeros em que os monômeros são aminoácidos. Um aminoácido
funções gerais nos seres vivos. é uma molécula orgânica formada por átomos de carbono, hidrogênio,
oxigênio e nitrogênio unidos entre si de maneira característica, como
CCCReconhecer o papel de um veremos a seguir. Alguns tipos de aminoácido podem também conter
grupo especial de proteínas átomos de enxofre.

— as enzimas — como Se compararmos as fórmulas dos vinte aminoácidos que entram na
catalisadores biológicos. composição das proteínas, notaremos que todas elas apresentam um
átomo de carbono denominado carbono-alfa, ao qual se ligam um grupo
❱❱❱Conceitos principais amina (kNH2), um grupo carboxila (kCOOH), um átomo de hidrogênio (kH)
e um quarto grupo genericamente denominado kR (de radical), que varia
• proteína nos diferentes aminoácidos, caracterizando-os. Por exemplo, na glicina, kR
• aminoácido é um átomo de hidrogênio; na alanina, é o grupamento kCH3; e, na cisteína,
• ligação peptídica é o grupamento kCH2SH. (Fig. 3.14)

• peptídio
• desnaturação da proteína

• enzima
• modelo chave-fechadura

• fenilcetonúria

76

ilustrações: adilson secco A H B H H O
H N Ca C O N Ca C O
H OH H H
H H N Ca C O
H OH
R H
HCH
Grupo Grupo Glicina
H CH
amina carboxila CC

(kNH2) (kCOOH) H CC
H N Ca C O H CH
Figura 3.14 A. Fórmula geral de um HO H
aminoácido. B. Fórmulas de três aminoácidos, OH
mostrando que a diferença entre eles reside HCH Tirosina

no grupo kR, destacado em azul. SH
Cisteína

Ligação peptídica

A ligação entre dois aminoácidos vizinhos em uma H R1 H R2
molécula de proteína é denominada ligação peptídica
e ocorre sempre entre o grupo amina de um aminoácido H N C C OH H N C C OH
e o grupo carboxila do vizinho. (Fig. 3.15)
HO HO

Moléculas resultantes da condensação de amino- Aminoácido 1 Aminoácido 2
ácidos são genericamente chamadas peptídios. Dois
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. aminoácidos formam um dipeptídio, três formam um Condensação H2O
tripeptídio, quatro um tetrapeptídio e assim por diante.
Os termos oligopeptídio (do grego oligo, pouco) e poli- Formação
peptídio (do grego poli, muito) são também usados para de molécula
denominar as moléculas formadas, respectivamente, por
poucos e por muitos aminoácidos. Proteínas são geral- de água
mente constituídas por grande número de aminoácidos
e, por isso, pertencem à categoria dos polipeptídios. H R1 H R2 adilson secco

Em que diferem as proteínas? H N C C N C C OH

Proteínas podem diferir umas das outras nos seguintes HO HO
aspectos: a) pela quantidade de aminoácidos da cadeia
polipeptídica; b) pelos tipos de aminoácidos presentes na Dipeptídio
cadeia; c) pela sequência em que os aminoácidos estão uni-
dos na cadeia. Assim, mesmo que duas proteínas possuam Figura 3.15 Representação esquemática
exatamente o mesmo número e as mesmas proporções de da formação de uma ligação peptídica
tipos de aminoácido, elas podem ser diferentes, dependendo entre dois aminoácidos.
da sequência em que esses aminoácidos estão unidos.

Teoricamente, há um número imenso de combinações possíveis entre os vinte tipos de aminoácido
nas proteínas. E, de fato, já foram identificados milhares de tipos de proteína nos organismos vivos; cal-
cula-se que no corpo de uma pessoa existam entre 100 mil e 200 mil tipos diferentes de proteína.

2 Arquitetura das proteínas Capítulo 3 • Bases moleculares da vida

A sequência linear de aminoácidos de uma cadeia polipeptídica é denominada estrutura
primária e tem fundamental importância para a função que a proteína irá desempenhar.

A estrutura primária de um polipeptídio determina os tipos de enrolamentos e dobramentos
que ocorrerão na cadeia. Em outras palavras, é a estrutura primária do polipeptídio que determina
sua forma no espaço, genericamente chamada de estrutura espacial. A maioria dos polipeptídios
apresenta um primeiro nível de enrolamento helicoidal, comparável ao de um fio de telefone. Esse
nível de enrolamento, chamado de estrutura secundária, é causado pela atração entre certos
grupos de aminoácidos próximos.

A cadeia polipeptídica, já enrolada helicoidalmente em estrutura secundária, costuma dobrar-se
sobre si mesma formando o que os bioquímicos chamam de estrutura terciária. O dobramento
resulta da atração entre diferentes partes da molécula e também da atração e repulsão que os
radicais dos aminoácidos exercem sobre as moléculas de água circundante.

77

Certas proteínas são constituídas por uma única cadeia polipeptídica, mas há outras com-
postas de duas ou mais cadeias polipeptídicas quimicamente unidas. Assim, além da estrutura
terciária apresentada pelas cadeias polipetídicas isoladas, surge mais um nível de organização
espacial, denominado estrutura quaternária. A hemoglobina do nosso sangue, por exemplo, é
composta por quatro cadeias polipeptídicas, sendo um par de cadeias a e um par de cadeias b,
ligadas a um grupamento químico que contém ferro. (Fig. 3.16)

AB CD adilson seCCo
Aminoácidos Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

Ligação Aminoácidos
peptídica

Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária

Figura 3.16 Analogia entre os níveis de enrolamento de uma proteína e os de um fio de telefone.
A. A sequência de aminoácidos de uma molécula de proteína é sua estrutura primária.
B. Interações por pontes de hidrogênio entre os aminoácidos da cadeia polipeptídica fazem o
filamento proteico enrolar-se em forma de hélice (ou em outra configuração regular), produzindo a
estrutura secundária. C. A estrutura terciária resulta do dobramento da estrutura helicoidal sobre
si mesma, devido principalmente a interações entre os radicais (kR) dos aminoácidos.
D. Proteínas formadas por mais de uma cadeia polipeptídica têm estrutura quaternária, que resulta
da associação entre as cadeias. (Imagens sem escala, cores-fantasia.)

Desnaturação das proteínas

Temperatura, grau de acidez, concentração de sais e a polaridade do meio podem afetar
a estrutura espacial das proteínas, fazendo com que suas moléculas se desenrolem e modifi-
cando a conformação original. A alteração da estrutura espacial de uma proteína é chamada
desnaturação.

Unidade A • A natureza da vida O calor excessivo desnatura as proteínas por- JaCek iWaniCki/kino
daVe pattinson/ alamy/ other imaGes que o aumento da agitação molecular causada
pela alta temperatura rompe ligações fracas, Figura 3.17 O ovo é muito rico em proteínas. Seu
responsáveis pela manutenção da forma das cozimento provoca uma alteração na forma espacial
moléculas. Por exemplo, em um ovo fresco cada de suas moléculas, que se aglomeram provocando o
molécula de albumina encontra-se na forma endurecimento da clara e da gema.
de um pequeno glóbulo em solução aquosa, o
que determina a consistência semilíquida da
clara. Com o calor do cozimento, as moléculas
de albumina se desnaturam, desenrolando-se
e emaranhando-se umas às outras; isso leva à
formação da massa compacta e sólida da clara

do ovo cozido ou frito. (Fig. 3.17)

Meios fortemente ácidos ou básicos também podem desnaturar proteínas, desmantelando
as atrações elétricas que ajudam a manter a estrutura espacial das moléculas proteicas. Na
fabricação dos queijos e iogurtes, o acúmulo de ácido láctico liberado por microrganismos fer-
mentadores acidifica o leite e desnatura suas proteínas, que se emaranham e solidificam.

78

CIÊNCIA Malnutrição e subnutrição
E CIDADANIA

1 Conhecer a importância das proteínas na alimentação humana permitiu

descobrir porque ocorrem determinadas doenças relacionadas à alimentação

inadequada. Para que nossas células produzam proteínas, elas precisam de matéria-

-prima: os aminoácidos. Estes podem ser obtidos pela ingestão de alimentos ricos

em proteínas ou produzidos pelas próprias células pela transformação de outras

moléculas orgânicas.

2 Alguns organismos, particularmente os seres autotróficos, são capazes de pro-

duzir todos os 20 tipos de aminoácido necessários para a produção das proteínas;

consequentemente, eles não precisam ingerir aminoácidos do meio. Outros orga-

nismos, entre os quais nossa espécie, conseguem produzir alguns aminoácidos,

mas outros não; por isso, estes últimos precisam ser obtidos prontos no alimento

ingerido.

3 Aminoácidos que um organismo não consegue produzir são chamados de amino-

ácidos essenciais e precisam fazer parte da dieta alimentar; aminoácidos que podem

ser produzidos a partir de outras substâncias celulares são chamados de aminoácidos

não essenciais, ou naturais.

4 As células humanas conseguem produ-
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
jurandir ribeiro zir doze dos vinte tipos de aminoácido que

Capítulo 3 • Bases moleculares da vidaTriptofanocompõem as proteínas; esses são, portanto,
Metionina os aminoácidos naturais para a espécie
humana. Os oito tipos de aminoácidos es-
FEIJÃO senciais para os seres humanos, que devem

Valina ser obtidos pela ingestão de alimentos ricos
Leucina em proteína, são: isoleucina, leucina, valina,
Treonina fenilalanina, metionina, treonina, triptofano
Fenilalanina e lisina; os recém-nascidos, além desses, não
conseguem sintetizar histidina.

5 Nossas principais fontes alimentares

ARROZ Lisina Vagem de aminoácidos essenciais são as carnes, o
Isoleucina de feijão leite, os queijos e outros alimentos de ori-
gem animal. Alimentos de origem vegetal
Grãos geralmente são deficientes em um ou em
de feijão alguns aminoácidos essenciais. Pessoas

Figura 3.18 A mistura de arroz e feijão, típica na alimentação dos vegetarianas, entretanto, podem obter to-
brasileiros, fornece todos os aminoácidos essenciais humanos. dos os aminoácidos essenciais se fizerem a
Note que o feijão é deficiente em triptofano e metionina, e no arroz há combinação correta dos vegetais utilizados
pouca lisina e isoleucina. Juntos, esses dois alimentos se complementam

nesse aspecto nutricional. (Imagens sem escala, cores-fantasia.) na alimentação. (Fig. 3.18)

Doenças relacionadas à nutrição:
kwashiorkor e marasmo

6 Em certas regiões do mundo, onde as pessoas dependem de uma ou poucas
fontes vegetais para se alimentar, são comuns as deficiências nutricionais em
componentes proteicos, necessários ao pleno desenvolvimento físico e mental.
Em algumas localidades pobres da África e da América do Sul, por exemplo, as
crianças são desmamadas precocemente (em geral porque a mãe engravidou de
novo) e passam a ser alimentadas com uma dieta rica em carboidratos e pobre em
proteínas, em geral, açúcar de cana e banana. Nesses casos, é comum manifestar-se
o quadro de desnutrição conhecido como kwashiorkor. Essa palavra, originária da
África Ocidental, quer dizer, justamente, “doença que afeta uma criança quando
nasce outra”.

79

imaGes oF aFriCa photoBank/ alamy/ other imaGes 7 O kwashiorkor resulta de uma deficiência grave de aminoácidos essenciais, que Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
peter menzel/sCienCe photo liBrary/latinstoCkcompromete a síntese de proteínas nas células e causa diminuição do conteúdo proteico
do sangue. Com isso, a pressão osmótica sanguínea diminui e água começa a passar
do sangue para os tecidos, nos quais se acumula, provocando inchaços (edemas), par-
ticularmente evidentes no abdome. As pessoas não passam fome, mas estão sendo
alimentadas incorretamente, ou seja, são malnutridas.
8 No Brasil, o principal problema alimentar das crianças em regiões carentes não é a mal-
nutrição, mas a subnutrição. Quando ingere uma quantidade de alimento insuficiente, que
não supre a demanda energética necessária às atividades celulares, a pessoa é subnutrida.
Nesses casos, ela se torna muito magra, com músculos atrofiados, pele frouxa e aparência
envelhecida, quadro conhecido como marasmo. (Fig. 3.19)

Figura 3.19 A. Criança com sintomas
A B de kwashiorkor, doença causada

pela falta de proteínas na dieta e
caracterizada por grande inchaço do
abdome; frequentemente essa forma
de malnutrição causa prejuízos ao
desenvolvimento do sistema nervoso,
levando ao retardamento mental.
B. Criança com desnutrição devida à
falta de alimento, quadro conhecido
como marasmo. A pele é frouxa e
tem aparência envelhecida, e os
músculos são atrofiados. O abdome é
distendido devido a gases intestinais
liberados por bactérias.

GUIA DE LEITURA que afirmasse que alimentos de origem vegetal
são deficientes em aminoácidos essenciais e que,
1. A partir da leitura dos dois parágrafos iniciais do portanto, não é saudável ser vegetariano?
quadro, responda: por que precisamos ingerir ami-
noácidos? 5. Leiaosparágrafos6e7doitem Doençasrelacionadas
à nutrição: kwashiorkor e marasmo. Responda em
2. Leia o terceiro parágrafo. Certifique-se de ter com- poucas palavras: o que é kwashiorkor e por que é
preendido o que são aminoácidos essenciais e ami- considerado uma forma de malnutrição?
noácidos naturais.
6. No oitavo e último parágrafo, comenta-se sobre o
3. Leia o quarto parágrafo do quadro, que enumera marasmo, que infelizmente ainda ocorre em nosso
os aminoácidos naturais essenciais para a espécie país. Por que esse problema nutricional é considerado
humana. Reveja, no texto sobre proteínas (Fig. 3.14), uma forma de subnutrição? Um tema interessante
as fórmulas de três aminoácidos; eles são essenciais de pesquisa complementar seria a subnutrição no
ou naturais para nossa espécie? Brasil. Considere-o para pesquisas futuras.

4. Leia o quinto parágrafo do quadro e analise a figura
correspondente. Como você responderia a alguém

3 Funções das proteínasUnidade A • A natureza da vida

Proteínas são substâncias de fundamental importância na estrutura e no funcionamento
dos seres vivos. A forma das células, por exemplo, deve-se à presença de um esqueleto interno
constituído por filamentos proteicos, o citoesqueleto. Além disso, as proteínas fazem parte da
estrutura de todas as membranas celulares e dão consistência ao citoplasma.

Além da função estrutural, um grupo de proteínas — as enzimas — participa de praticamente
todas as reações químicas vitais, estimulando-as. Consequentemente, todo o metabolismo de-
pende da ação dessas proteínas enzimáticas, como veremos a seguir.

80

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Enzimas

Enzimas são proteínas que participam de processos biológicos, aumentando sua velocidade,
porém sem se alterar durante o processo. Capacidade semelhante já havia sido observada em
certas substâncias inorgânicas, que aumentavam a velocidade de determinadas reações químicas,
mas podiam ser recuperadas intactas, ao fim da reação. Para os químicos, esses agentes são
chamados de catalisadores. Para os biólogos, que tomaram emprestado o termo da Química, as
enzimas são catalisadores biológicos.

Uma enzima é uma molécula polipeptídica geralmente de grande tamanho, enrolada sobre si mesma
formando um glóbulo. Na superfície da enzima há saliências e reentrâncias, que permitem o encaixe
das moléculas sobre as quais a enzima atuará, genericamente chamados de substratos enzimáticos.
Locais da enzima que propiciam o encaixe ao substrato são denominados centros ativos.

As enzimas têm atuações específicas, isto é, uma enzima atua somente em uma ou em poucas
reações biológicas. A especificidade de uma enzima é explicada pelo fato de seus centros ativos
se encaixarem corretamente apenas a seus substratos específicos, como uma chave se encaixa
apenas à sua fechadura. Esse modelo para explicar o funcionamento enzimático é chamado de
modelo chave-fechadura.

O encaixe com a enzima facilita a modificação dos substratos, originando os produtos da
reação. Estes se libertam da enzima, que pode atuar novamente. Assim, as enzimas participam
das reações químicas sem ser consumidas e sem sofrer alterações moleculares, cumprindo seu
papel de catalisadores biológicos. (Fig. 3.20)

Quebra
da ligação
glicosídica

Sacarose Glicose Frutose

Paulo Manzi

(sEanczairmasae) Complexo
enzima-substrato

Figura 3.20 Modelo da chave-fechadura para a ação enzimática, aqui representando a enzima Capítulo 3 • Bases moleculares da vida
sacarase, ou invertase. Ao se ligar à molécula de sacarose, a enzima facilita a quebra da ligação entre
os monossacarídios que a compõem, a glicose e a frutose. Ao final da reação, a sacarase encontra-se
intacta, pronta para se associar novamente a outra sacarose.

Em algumas reações enzimáticas, as moléculas de substrato são quebradas em moléculas meno-
res. É o que ocorre, por exemplo, quando moléculas de amido presentes no alimento são “atacadas”
por moléculas da enzima ptialina, ou amilase salivar, presente na saliva. A ptialina catalisa a quebra
(hidrólise) da molécula de amido, liberando moléculas de maltose, um dissacarídio. Talvez você já tenha
notado que, ao mastigar um pedaço de pão por muito tempo, ele começa a adquirir sabor adocicado.
Essa mudança deve-se à quebra do amido, que leva à produção de maltose, glicídio de sabor doce.

Em certos casos, as enzimas favorecem a união de moléculas para formar moléculas maio-
res. Por exemplo, a reação de produção de amido exige participação de enzimas que reúnem e
ligam moléculas de glicose (substrato) para formar as longas cadeias de amilose e amilopectina,
constituintes do amido.

Em outros casos, ainda, as enzimas favorecem a transformação de uma substância em outra
pela modificação de ligações entre seus átomos. Esses tipos de reações químicas ocorrem con-
tinuamente no interior de qualquer organismo vivo.

A nomenclatura das enzimas costuma utilizar o nome do substrato enzimático (proteína, lipídio
etc.) acrescido do sufixo -ase. Para designar as enzimas que digerem proteínas, por exemplo, fa-
lamos em proteases; enzimas que digerem lipídios são lipases. O sufixo -ase também é utilizado
para denominações mais específicas; por exemplo, a enzima que quebra lactose em galactose
e glicose é denominada lactase.

81

Cofatores e coenzimas

Muitas enzimas são proteínas simples, isto é, constituídas apenas por cadeias polipeptídi-
cas. Outras, entretanto, são proteínas conjugadas, constituídas por uma parte proteica (uma
ou mais cadeias polipeptídicas), chamada de apoenzima, combinada a uma parte não proteica,
denominada cofator. Para algumas enzimas, os cofatores são íons metálicos; a maioria dos íons
que necessitamos ingerir na dieta, entre eles os de cobre, de zinco e de manganês, atuam como
cofatores de enzimas.

O cofator enzimático pode ser uma substância orgânica, nesse caso denominada coenzima.
A maioria das vitaminas que nosso organismo precisa receber na dieta atua como coenzima ou
como precursor de coenzimas. A apoenzima e o cofator atuam em conjunto, formando a holoen-
zima (do grego holos, total). Essa interação está sumarizada a seguir:

APOENZIMA  1  COFATOR  5  HOLOENZIMA

(inativa) (inativo) (ativa)

Fatores que afetam a atividade das enzimas Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

A temperatura é um fator importante na atividade das enzimas. Dentro de certos limites, a ve-
locidade de uma reação enzimática aumenta proporcionalmente com a elevação da temperatura.
Isso ocorre porque o aumento da temperatura causa aumento na movimentação das moléculas, que
desse modo têm mais possibilidade de se chocar para reagir. Entretanto, se for ultrapassada certa
temperatura limite, a agitação molecular torna-se tão intensa que ocorre desnaturação da enzima.
Com isso, a atividade enzimática cessa, pois a alteração drástica da forma espacial impede que as
moléculas da enzima se encaixem convenientemente ao substrato. A inativação de uma enzima pelo
calor é irreversível, pois a proteína desnaturada não consegue readquirir sua conformação original.

Cada tipo de enzima atua melhor em uma faixa de temperatura característica (temperatura
ótima), quando a velocidade da reação catalisada é máxima, sem desnaturar a enzima. A maioria
das enzimas humanas tem sua temperatura ótima entre 35 °C e 40 °C, que corresponde à faixa de
temperatura normal de nosso corpo. Bactérias que vivem em fontes de água quente têm enzimas
cuja temperatura ótima situa-se ao redor de 70 °C, ou mais. (Fig. 3.21A)

Outro fator que afeta a atividade das enzimas é o grau de acidez do meio, ou pH (potencial
hidrogeniônico), expresso em uma escala logarítmica que vai de 0 a 14. Esses valores de pH
expressam a concentração relativa do íon de hidrogênio (H1) em determinado meio. Como já foi
mencionado anteriormente neste capítulo, o valor 7 representa um meio neutro, nem ácido nem
básico; valores abaixo de 7 são progressivamente mais ácidos e os acima de 7 são progressi-
vamente mais básicos (alcalinos). Por exemplo, uma solução de hidrogenocarbonato de sódio,
também chamado bicarbonato de sódio (NaHCO3), tem pH da ordem de 9, enquanto o vinagre tem
pH em torno de 4. Isso quer dizer que, no vinagre, a concentração de íons H1 é cerca de 100 mil
vezes maior que a da solução de bicarbonato de sódio.

Cada enzima tem um pH ótimo de atuação, no qual sua atividade é máxima. Fora dessa faixa de
pH, a enzima deixa de funcionar adequadamente. O pH ótimo para a maioria das enzimas celulares
situa-se ao redor de 7, próximo ao neutro. A enzima pepsina, que atua em nosso estômago, funciona
mais eficientemente em valores de pH fortemente ácidos, em torno de 2, condição em que a maioria
das outras enzimas deixa de funcionar. A tripsina, por sua vez, enzima digestiva que atua no ambiente
alcalino do intestino, tem pH ótimo situado em torno de 8. (Fig. 3.21B)
Unidade A • A natureza da vida
Velocidade da reaçãoFigura 3.21ATemperatura ótimaTemperatura ótima paraB pH ótimo para a pH ótimo para a
Curvas de atividade de para enzimas enzimas de bactérias de pepsina tripsina
diferentes enzimas em
condições diversas de humanas fontes termais
temperatura (gráfico A) e
de grau de acidez (pH) Velocidade da reação Adilson secco

(gráfico B). Note que 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
cada enzima tem uma Temperatura (°C) pH
temperatura e um pH

ótimos, em que sua
atividade é máxima.
(Baseado em Campbell,

N. e cols., 1999.)

82

CIÊNCIA “Teste do pezinho” pode impedir manifestação de doença grave
E CIDADANIA

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 1 O conhecimento científico sobre enzimas e genes tem permitido o desenvolvimen-
BuBBles photoliBrary/ alamy/ other imaGes to de diagnósticos precisos e, em alguns casos, tratamento para doenças de origem
genética. Um exemplo refere-se à fenilcetonúria, uma doença humana decorrente da
incapacidade inata de uma pessoa produzir determinada enzima. Essa doença pode
ser evitada quando diagnosticada no recém-nascido. Para isso basta uma gota de
sangue, obtida por uma leve punção no pé da criança.
2 A pessoa portadora da condição genética responsável pela fenilcetonúria não
produz a enzima que transforma o aminoácido fenilalanina em tirosina. Nessa si-
tuação, a fenilalanina tende a se acumular no corpo e pode causar danos às células
cerebrais, principalmente na infância.
3 Os piores efeitos da fenilcetonúria são evitados se a doença é detectada prematu-
ramente e se o portador passa a receber uma dieta que forneça apenas as quantidades
mínimas de fenilalanina necessárias ao desenvolvimento. O conhecido “teste do pezinho”,
realizado com uma gota de sangue retirada do pé dos recém-nascidos, destina-se jus-
tamente a detectar os portadores dessa deficiência antes que ela possa causar estragos
ao sistema nervoso. Pessoas fenilcetonúricas devem evitar o excesso de proteínas na
alimentação e o uso de adoçantes artificiais feitos à base de aspartame, que contêm
fenilalanina e ácido aspártico. (Fig. 3.22)

A HH HH adilson seCCo

CC NH2 Enzima fenilalanina- CC NH2
-4-monoxigenase
2H C C CH2 C COOH 2 HO C C CH2 C COOH
O2
CC H CC H

HH HH

Fenilalanina Tirosina

B

Figura 3.22 A. Reação catalisada pela Capítulo 3 • Bases moleculares da vida
enzima fenilalanina-4-monoxigenase,
cuja ausência é a principal causa da
fenilcetonúria, que afeta uma em cada 20 mil
pessoas. B. Retirada de sangue do pé de um
recém-nascido para o teste de fenilcetonúria
e de outras doenças (teste do pezinho).

GUIA DE LEITURA enzimática responsável pela fenilcetonúria – o teste
com o sangue do pé do recém-nascido. O controle da
1. Leia apenas o título do quadro. Você já ouviu falar alimentação permite à pessoa fenilcetonúrica levar
no “teste do pezinho”? vida normal. Que tipos de alimentos devem ser evi-
tados ou consumidos em pequena quantidade para
2. Leiaosdoisparágrafosiniciaisdoquadroeresponda: impedir a manifestação da fenilcetonúria? Lembre-se
a) que características e problemas apresenta uma de que a fenilalanina é um aminoácido e, portanto,
pessoa fenilcetonúrica? b) por que se diz que essa faz parte da maioria das proteínas.
condição é genética?

3. Noterceiroeúltimoparágrafodoquadro,comenta-
-se a importância da detecção precoce da deficiência

83

Seção 3.6 Vitaminas

❱❱ H  abilidades Unidade A • A natureza da vida O que são vitaminas
sugeridas
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Vitamina não é uma classe particular de substâncias, e sim a desig-
CC  C  aracterizar vitamina nação de qualquer substância orgânica que o organismo não consegue
(substância orgânica produzir e é necessária em pequena quantidade para seu bom funciona-
mento. A vitamina C, por exemplo, é o ácido ascórbico, essencial ao bom
essencial) e reconhecer funcionamento do organismo humano e dos demais primatas (símios e
sua importância para macacos). Há outros animais que também necessitam de ácido ascórbico,
nosso organismo. mas conseguem produzi-lo em suas próprias células; por isso, para eles,
o ácido ascórbico não é uma vitamina.
CC  E  star informado sobre
os principais tipos de Os cientistas descobriram que muitas vitaminas atuam como cofa-
tores em reações enzimáticas. Nesse caso, a deficiência de uma dada
vitaminas, suas fontes vitamina diminui a quantidade de enzima ativa (holoenzima) formada,
e consequências da alterando negativamente o metabolismo celular.
carência vitamínica
sobre o organismo A importância da alimentação variada começou a ser reconhecida du-
(avitaminoses). rante a época das grandes navegações a vela. A dieta da tripulação dos
navios era pobre, constituída basicamente por biscoitos secos e carne
❱❱ C  onceitos principais salgada. Após algumas semanas no mar, os marinheiros tornavam-se
fracos, desatentos, tinham fortes hemorragias nasais e muitos chegavam
• vitamina a morrer. Bastava, no entanto, que os doentes passassem alguns dias
• avitaminose em terra firme, alimentando-se de frutas e verduras frescas, para que os
sintomas rapidamente desaparecessem.
84
As fontes naturais das vitaminas são os alimentos. Atualmente as vita-
minas também podem ser encontradas no comércio na forma purificada,
sendo prescritas pelos médicos para eliminar as deficiências vitamínicas,
geralmente causadas por uma dieta pobre ou desbalanceada.

Para que os alimentos não percam seu valor vitamínico é preciso
ter certos cuidados, pois certas vitaminas são facilmente destruídas
pelo calor ou pela exposição ao gás oxigênio (O2) do ar. Uma regra geral
para preservar ao máximo o valor vitamínico de verduras e legumes
é consumi-los crus ou levemente cozidos em pequena quantidade
de água. Vegetais para saladas e frutas só devem ser cortados no
momento de ser servidos, para evitar a oxidação destrutiva de suas
vitaminas pelo ar.

As vitaminas costumam ser classificadas em hidrossolúveis e lipos-
solúveis. A importância dessa classificação está relacionada ao modo
como as vitaminas devem ser ingeridas e a seu armazenamento no
organismo.

Vitaminas hidrossolúveis, assim chamadas por serem substâncias
polares e dissolverem-se em água, são armazenadas em quantidades
pequenas no corpo e devem ser ingeridas diariamente. Vitaminas liposso-
lúveis, assim chamadas por serem substâncias apolares e dissolverem-se
em lipídios e em outros solventes orgânicos, são armazenadas no tecido
adiposo e não precisam ser ingeridas diariamente.

As doenças resultantes da falta de vitaminas são denominadas avi-
taminoses. Veja as principais avitaminoses e seus sintomas na tabela
a seguir. (Tab. 3.1)

  Tabela 3.1  Vitaminas hidrossolúveis

Vitamina Principal uso no corpo Sintomas de deficiência Principais fontes

B1 Auxilia na oxidação dos carboidratos. Perda de apetite, fadiga Cereais na forma integral e
(Tiamina) Estimula o apetite. Mantém o tônus muscular, nervosismo, ber­ ibéri. pães, feijão, fígado, carne de
muscular e o bom funcionamento do porco, ovos, fermento de
sistema nervoso. Previne o beribéri. padaria, vegetais de folha.

B2 Auxilia a oxidação dos alimentos. Ruptura da mucosa da Vegetais de folha (couve,
(Riboflavina) Essencial à respiração celular. Mantém boca, dos lábios, da língua repolho, espinafre etc.), carnes
a tonalidade saudável da pele. Atua na e das bochechas. magras, ovos, fermento de
coordenação motora. padaria, fígado, leite.

B3 (Niacina Mantém o tônus nervoso e muscular Inércia e falta de energia, Levedo de cerveja, carnes
ou ácido e o bom funcionamento do sistema nervosismo extremo, magras, ovos, fígado, leite.
nicotínico) digestório. Previne a pelagra. distúrbios digestivos, pelagra.

B5 (Ácido É componente da coenzima Anemia, fadiga e dormên­cia Carne, leite e seus
pantotênico) A, participante de processos dos membros. derivados, verduras e
energéticos celulares. cereais integrais.

B6 Auxilia a oxidação dos alimentos. Doenças da pele, distúrbios Levedo de cerveja, cereais
(Piridoxina) Mantém a pele saudável. nervosos, inércia e integrais, fígado, carnes
extrema apatia. magras, leite.
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
B8 Atua como coenzima em processos Inflamações na pele e Carnes, legumes, verduras e
(Biotina) Capítulo 3 • Bases moleculares da vidaenergéticos celulares, na síntese dedistúrbios neuromusculares.bactérias da flora intestinal.
ácidos graxos e das bases nitrog­ e­
nadas púricas.

B9 Importante na síntese das bases Anemia; esterilidade masculina; Vegetais verdes, frutas,
(Ácido fólico) nitrogenadas e, portanto, na síntese na gravidez predispõe a uma cereais integrais e bactérias
de DNA e multiplicação celular. malformação do feto conhecida da flora intestinal.
como espinha bífida.

B12 É essencial para a maturação Anemia perniciosa; Carne, ovos, leite e seus
(Cianocobala­ das hemácias e para a síntese distúrbios nervosos. derivados.
mina) de nucleotídios.

C Mantém a integridade dos vasos Inércia e fadiga em adultos, Frutas cítricas (limão, lima,
(Ácido sanguíneos e a saúde dos dentes. insônia e nervosismo em laranja), tomate, couve,
ascórbico) Previne infecções e o escorbuto. crianças, sangramento das repolho, outros vegetais de
gengivas, dores nas juntas, folha, pimentão.
dentes alterados, escorbuto.

Vitaminas lipossolúveis

A Necessária para o crescimento normal Cegueira noturna (xeroftalmia), Vegetais amarelos (cenoura,
(Retinol) e para o bom funcionamento dos olhos, ”olhos secos” em crianças, abóbora, batata-doce, milho),
do nariz, da boca, dos ouvidos e dos cegueira total. pêssego, nectarina, abricó,
pulmões. Previne resfriados e várias gema de ovo, manteiga,
infecções. Evita a ”cegueira noturna”. fígado.

D* Atua no metabolismo do cálcio e do Problemas nos dentes, ossos Óleo de fígado de bacalhau,
(Calciferol) fósforo. Mantém os ossos e os dentes fracos, contribui para os fígado, gema de ovo.
em bom estado. Previne o raquitismo. sintomas da artrite, raquitismo.
E
(Tocoferol) Promove a fertilidade. Previne o Óleo de germe de trigo,
aborto. Atua no sistema nervoso Esterilidade masculina, aborto. carnes magras, laticínios,
involunt­ ário, no sistema muscular e
nos músculos involuntários. alface, óleo de amendoim.

K Atua na coagulação do sangue. Hemorragias. Vegetais verdes, tomate,
(Filoquinona) Previne hemorragias. castanha.

* A vitamina D não é encontrada pronta na maioria dos alimentos; estes contêm, em geral, um precursor
que se transforma em vitamina D quando exposto aos raios ultravioleta da radiação solar.

(Adaptado de Campbell, N. A. e cols., 1999.)

85

Seção 3.7 Ácidos nucleicos

❱❱ H  abilidade sugerida 1 Tipos de ácidos nucleicos

CC  C  onhecer os Os ácidos nucleicos são assim chamados por seu caráter ácido e por
ácidos nucleicos terem sido originalmente descobertos no núcleo das células, no século
XIX. A partir da década de 1940, os ácidos nucleicos passaram a ser deta-
quanto às suas lhadamente estudados, pois descobriu-se que eles constituem os genes,
características responsáveis pela herança biológica. Somos parecidos com nossos pais
químicas principais porque recebemos, nos gametas que nos originaram, genes paternos e
(tipos de componentes, maternos, constituídos por ácido desoxirribonucleico.
estrutura molecular
Há dois tipos de ácido nucleico: o ácido desoxirribonucleico, conhecido
etc.) e suas pela sigla DNA (do inglês, desoxirribonucleic acid), e o ácido ribonuclei-
funções gerais nos co, conhecido pela sigla RNA (do inglês, ribonucleic acid). Esses nomes
referem-se ao fato de o DNA e o RNA apresentarem, respectivamente, os
seres vivos. monossacarídios desoxirribose e ribose em suas moléculas.

❱❱ C  onceitos principais 2 Estrutura dos ácidos nucleicos

• ácido nucleico Os ácidos nucleicos são constituídos por três tipos de componen-
• ácido tes: glicídios do grupo das pentoses (desoxirribose no DNA e ribose no
RNA), ácido fosfórico e bases nitrogenadas. Dos cinco tipos de base
desoxirribonucleico nitrogenada presentes nos ácidos nucleicos, três ocorrem tanto no DNA
(DNA) quanto no RNA; são elas: adenina (A), citosina (C) e guanina (G). A base
nitrogenada timina (T) ocorre exclusivamente no DNA, enquanto a base
• ácido ribonucleico uracila (U) está presente apenas no RNA. As bases adenina e guanina são
(RNA) constituídas por dois anéis de carbono e nitrogênio, sendo denominadas
bases púricas, ou purinas. Citosina, timina e uracila apresentam apenas
• base nitrogenada um anel de carbono e nitrogênio, sendo denominadas bases pirimídicas,
• nucleotídio ou pirimidinas. (Fig. 3.23)
Unidade A • A natureza da vida
Adilson seccoBaBseassepsúpriúcraiscasBaBseassepsirpimiriímdiícdaiscasHOHHCOOHC2CHH2O2OOHOH
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.Bases púricasBases pirimídicasOOH

NC HNCN2HH2 2 HH HH HACHdAeCANnddienNenNaniCninaCaCNCHNCNC2NHH2N2N
C CN N OO NHNN2HH2 2 H H H HHH
N NNC CN O CC HH HNC NC C CHCH
HCHC N N CCHCH OHOH OHOH N CN N CH
HNC NC C CHCH CC N CH RibROoibHseoseOH N
N CN N CH HNHN CCHCH C C CHCH Ribose
N
HH HN CH OO CN N CH HOHHCOOHC2CHH2O2 O OHOH OHOH
C C CHCH O N O OH
O O CN N CH HH OH
H ON CitCoistionsain(CaH)(C) HH HH OO P PO O CHC2CHH2 2
AdAendiennain(Aa )(A) H H H HHH O P O
HH HH
UrUacrialacHi(lUa )(U) OHOHH H
Adenina (A) Uracila (U) Citosina (C)
OHOH
OH O O
OO OO DeDsoexsOiorxrHiibrroibsHeose ÁcÁidcoido O
O O Desoxirribose fosffoósrÁfiócroiidcoo
C C CCCHC3CHH3 3 fosfóricoH HH H HHHHHRibRoRibsibeoosese
N NNC C C HNHN CC OHOH HH
HCHC C CNHNH OH H
C HN OHOH OHOH
NH C C CHCH O O P P OHOH
HNCNC C C C O P OH
N CN N CNHNN2HH2 2 O O CN N CH OHOH OH OH
N
HH ON ÁcÁidcoidfoOsffoóHsrfiócroico
HH
GHuGanuiannain(Ga )(G) TimTimnaiHn(Ta)(T) NUNCULCEOLETOÍDTÍIDOIO
Guanina (G) Timina (T) Ácido fosfórico NUCLEOTÍDIO

Figura 3.23 Componentes dos ácidos nucleicos. O açúcar desoxirribose e a base
nitrogenada timina ocorrem exclusivamente no DNA. O açúcar ribose e a base uracila, por
sua vez, são exclusivos do RNA. Os demais componentes são comuns ao DNA e ao RNA.

86

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Os três componentes dos ácidos nucleicos organizam-se em um trio molecular denominado

Seção 3.7nucleotídio. Este é constituído por uma pentose, unida a uma molécula de ácido fosfórico e a

uma base nitrogenada. Tanto o DNA como o RNA são constituídos por nucleotídios ligados em
sequência em longas cadeias polinucleotídicas. A união entre os nucleotídios dá-se entre o açúcar
de um deles e o fosfato do outro e é denominada ligação fosfodiéster.

As moléculas de DNA são constituídas por duas cadeias polinucleotídicas, orientadas em
sentido inverso uma em relação à outra (antiparalelas) e enroladas uma sobre a outra, lembrando
uma comprida escada helicoidal. As duas cadeias mantêm-se unidas entre si por meio de pontes
de hidrogênio entre pares de bases específicas: a adenina emparelha-se com a timina, por meio
de duas pontes de hidrogênio (A L T), e a guanina emparelha-se com a citosina, por meio de três
pontes de hidrogênio (G M C). (Fig. 3.24)

As moléculas de DNA são geralmente muito longas, com até milhões de nucleotídios unidos em
sequência. No núcleo de nossas células, constituindo nossos cromossomos, existem moléculas
de DNA que atingem mais de 10 centímetros de comprimento, embora sejam finíssimas, com
cerca de apenas 0,000002 milímetros, ou 2 nanômetros (nm), de diâmetro.

As moléculas de RNA são geralmente formadas por uma cadeia única, que pode se enrolar
sobre si mesma pelo emparelhamento entre bases complementares na mesma cadeia polinu-
cleotídica. O estudo dos ácidos nucleicos será retomado com maiores detalhes nos capítulos
7 e 12 deste volume.

A B C

P Nucleotídio P Pontes de
D GC D hidrogênio

P TA P Adilson secco
D AT D
AT Bases
P GC P nitrogenadas
D D
CG Cadeia
P TA P polinucleotídica
D D
Capítulo 3 • Bases moleculares da vida
P P
D
D
P P
D
D
P P
D
D
P P

2 nm

Figura 3.24 Diferentes formas de representar a molécula de DNA. A. Representação
plana, mostrando as duas cadeias unidas por meio de suas bases nitrogenadas, em
que uma purina se emparelha a uma pirimidina. Em destaque, um nucleotídio.
B. Representação da dupla-hélice no espaço, mostrando as pontes de hidrogênio entre
as bases nitrogenadas. C. Representação dos átomos por esferas e sua disposição
espacial. (Imagens sem escala, cores-fantasia.)

87

Atividades Escreva as respostas no caderno

QUESTÕES PARA PENSAR E DISCUTIR Responda às questões de 9 a 11 considerando um Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
dos termos a seguir.
Questões objetivas a) Dissolução.
b) Hidrólise.
1. Os tipos de átomo que se combinam para formar c) Ionização.
a maioria dos compostos químicos presentes na d) Síntese por desidratação.
matéria viva são
a) carbono, hidrogênio, oxigênio e cloro. 9. A produção de um dissacarídio ocorre pela união de
b) carbono, hidrogênio, fósforo e enxofre. dois monossacarídios com perda de uma molécula
c) carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. de água. Qual é o nome desse processo?
d) carbono, hidrogênio, cloro e sódio.
10. A produção de um ácido nucleico ocorre pela união de
2. As substâncias orgânicas de um ser vivo são, em nucleotídios, com perda de uma molécula de água por
ordem decrescente de abundância, ligação formada. Qual é o nome desse processo?
a) ácidos nucleicos > proteínas > glicídios > lipídios.
b) lipídios > glicídios > proteínas > ácidos nucleicos. 11. A reação de degradação de uma molécula de amido
c) proteínas > glicídios > ácidos nucleicos > lipídios. produz moléculas de glicose, consumindo molécu-
d) proteínas > lipídios > glicídios > ácidos nucleicos. las de água. Qual é o nome desse processo?

12. Qual a alternativa correta sobre os ácidos nucleicos
(I e II) cujos resultados de análise química estão
mostrados na tabela a seguir?

Considerar as alternativas a seguir para responder Ácidos nucleicos
às questões de 3 a 5.
a) Ponte de hidrogênio. I II
b) Reação de hidrólise.
c) Síntese por desidratação. Tipo de açúcar desoxirribose ribose

3. Quando em estado líquido e sólido, que tipo de Tipo de base adenina adenina
interação há entre as moléculas de água? nitrogenada timina uracila
citosina citosina
4. Qual é o nome da reação química em que ocorre guanina guanina
união de moléculas reagentes com formação de
água como um dos produtos finais? a) Trata-se de DNA em ambos os casos.
b) Trata-se de RNA em ambos os casos.
5. Qual é o nome da reação química em que ocorre c) O ácido nucleico I é DNA e o II, RNA.
quebra de moléculas com participação da água d) O ácido nucleico I é RNA e o II, DNA.
como um dos reagentes?

6. A hidrólise de determinada molécula produziu Questões discursivas
glicerol e ácidos graxos; isso indica que a molécula
hidrolisada era 13. Observe as fórmulas moleculares de dois glicídios,
a) uma proteína. representadas a seguir; um deles é um monossa-
b) um lipídio. carídio, e o outro, um dissacarídio.
c) um carboidrato.
d) um ácido nucleico. C7H14O7   C6H10O5
a) O que permite caracterizar essas duas substân-
7. Para degradarmos uma proteína a seus aminoáci-
dos constituintes precisamos quebrar cias como glicídios?
a) ligações peptídicas, o que consome água como
reagente. b) Qual deles é o monossacarídio? Por quê?
b) ligações peptídicas, o que consome gás oxigênio
como reagente. c) Quanto ao número de carbonos, como eram as
c) pontes de hidrogênio, o que consome água como moléculas que originaram o dissacarídio?
reagente.
Unidade A • A natureza da vida d) pontes de hidrogênio, o que não consome rea- 14. Observe a fórmula do aminoácido valina, encon-
gentes. trado nas proteínas dos seres vivos. Note que há
partes da molécula destacadas e numeradas.
8. Quando uma proteína se desnatura, ela
a) tem sua estrutura primária modificada. 2H Adilson secco
b) tem sua estrutura espacial modificada.
c) sofre hidrólise. HH
d) tem suas ligações peptídicas quebradas.
N CH

O C CH H 4
H
1C
HO

H CH
3

H

88

Sobre esses destaques responda: 3. (Unifor-CE) Considere as frases abaixo, referentes
a) O que representam os números 1, 2, 3 e 4? às enzimas.

b) Qual desses grupos destacados varia de acordo I. Aumentam a velocidade das reações.
com o aminoácido? II. São específicas, cada uma atuando sobre um

15. Os dados a seguir mostram os resultados de aná- determinado substrato.
lises químicas a que foram submetidas quatro III. Apresentam alteração em sua composição
amostras de ácidos nucleicos (I a IV). Determine,
para cada amostra, se o ácido nucleico é DNA ou química após a reação.
RNA, justificando a resposta. IV. Participam somente uma vez de um certo tipo

Amostra Resultado da análise química de reação.
I Presença de ribose
II Presença de timina Somente são corretas
III Presença de uracila a) I e II.
IV b) I e III.
Presença de desoxirribose c) II e III.
d) II e IV.
16. A explicação para a especificidade de uma enzima e) III e IV.
por seu substrato recebe a denominação de modelo
chave-fechadura. Redija um breve texto argumen- 4. (UFMA) As enzimas biocatalisadoras da indução
tando a favor dessa denominação. de reações químicas reconhecem seus substratos
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. através da
VESTIBULARES PELO BRASIL a) temperatura do meio.
Capítulo 3 • Bases moleculares da vida b) forma tridimensional das moléculas.
Questões objetivas c) energia de ativação.
d) concentração de minerais.
1. (UFPA) Nos últimos anos, o açaí vem se destacando e) reversibilidade da reação.
no cenário nacional como uma bebida energética,
muito consumida por esportistas, principalmente 5. (Uece) Com relação à composição das moléculas,
halterofilistas, que consomem grandes quantida- o RNA e o DNA diferem entre si quanto ao tipo de
des de calorias durante os treinamentos. Seu alto a) açúcar apenas.
valor calórico é devido a elevados teores de lipídios. b) base nitrogenada e de açúcar apenas.
Além da função energética, os lipídios são impor- c) base nitrogenada e de fosfato apenas.
tantes por serem d) base nitrogenada, açúcar e de fosfato.
a) substâncias inorgânicas que participam de
reações químicas mediadas por enzimas. 6. (UFRN) Embora seja visto como um vilão, o coleste-
rol é muito importante para o organismo humano
b) moléculas orgânicas constituintes das membra- porque ele é
nas celulares e atuarem como hormônios. a) precursor da síntese de testosterona e proges-
terona.
c) peptídios constituintes dos ácidos nucleicos. b) agente oxidante dos carboidratos.
c) responsável pela resistência de cartilagens e
d) oligossacarídios indispensáveis à formação da tendões.
membrana plasmática. d) cofator das reações biológicas.

e) compostos estruturais da parede celular vege- 7. (UEMS) Qual o composto biológico que tem como
tal. função facilitar e aumentar a velocidade das
reações envolvendo biomoléculas orgânicas nas
2. (Cesupa-PA) As vitaminas são substâncias orgâni- células?
cas essenciais ao metabolismo humano e precisam a) esteroides
ser obtidas a partir dos alimentos ingeridos. A vi- b) carboidratos
tamina D, obtida do óleo de fígado, fígado e gema c) polissacarídios
de ovo, atua no(a) d) lipídios
a) coagulação do sangue, evitando hemorragias. e) proteína com função enzimática

b) metabolismo do cálcio e do fósforo, prevenindo 8. (UEMS) Das moléculas constituintes dos seres vivos,
o raquitismo. quais são as responsáveis pela transmissão dos
caracteres hereditários?
c) respiração celular, garantindo a tonalidade a) carboidratos
saudável da pele. b) proteínas
c) ácidos nucleicos
d) sistema nervoso involuntário, evitando o escor- d) ácidos graxos
buto. e) glicoproteínas

89

Atividades

9. (Unigranrio-RJ) São os compostos orgânicos mais III. Se a célula fosse submetida a uma temperatura
abundantes da matéria viva. Menção feita menor do que 20 °C, ela certamente morreria,
a) à água. devido à falta de atividade.

b) aos sais minerais. Determine:
a) Se somente as afirmativas I e II forem corretas.
c) às proteínas. b) Se somente as afirmativas II e III forem corretas.
c) Se todas as afirmativas forem corretas.
d) aos carboidratos. d) Se somente as afirmativas I e III forem corretas.
e) Se somente a afirmativa II for correta.
10. (Uerj) O papel comum é formado, basicamente, pelo
polissacarídio mais abundante no planeta. Esse 14. (Unigranrio-RJ) Se uma criança sofre de raquitismo
carboidrato, nas células, tem a seguinte função: (crescimento retardado, ossos moles, dentição
a) Revestir as organelas. defeituosa e apresenta inadequada absorção de
cálcio e fósforo em seu organismo), que tipo de
b) Formar a membrana plasmática. vitamina ela deve ingerir mediante uso do leite e
seus derivados, gema de ovo, fígado de vaca ou óleo
c) Compor a estrutura da parede celular. de fígado de bacalhau?
a) Vitamina K
d) Acumular reserva energética no hialoplasma. b) Vitamina C
c) Vitamina PP
11. (Fuvest-SP) SH d) Vitamina D

O H3C H HO H2C H HO 15. (PUC-Minas) As vitaminas são compostos orgâ-
nicos que funcionam como coenzimas, ou seja,
H3N� C C NCC NC atuam juntamente com as enzimas envolvidas no
metabolismo celular. A deficiência de vitaminas
C N C C N C C O� provoca enfermidades chamadas de doenças de
carências.
H H O H2C H H H
H H O Sejam dados os seguintes sintomas de carências:

OH 1. córnea ressecada
2. raquitismo na infância
A hidrólise de um peptídio rompe a ligação peptídi- 3. deficiência na coagulação sanguínea Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
4. anemia perniciosa
ca, originando aminoácidos. Quantos aminoácidos
Os sintomas carenciais enumerados acima estão
diferentes se formam na hidrólise total do peptídio relacionados, respectivamente, com a deficiência
das seguintes vitaminas:
representado acima? a) K, E, B2 e B12.
b) B1, D, C e E.
a) 2 c) 4 e) 6 c) A, D, K e B12.
d) A, E, K e C.
b) 3 d) 5
16. (Udesc) Determine a alternativa correta, em relação
12. (Fuvest-SP) Leia o texto a seguir, escrito por Jacob aos componentes químicos da célula.
Berzelius em 1828. “Existem razões para supor que, a) Os glicídios, a água, os sais minerais, os lipídios
nos animais e nas plantas, ocorrem milhares de e as proteínas são componentes orgânicos.
processos catalíticos nos líquidos do corpo e nos b) As proteínas, os ácidos nucleicos, os lipídios e
tecidos. Tudo indica que, no futuro, descobriremos os glicídios são componentes orgânicos.
que a capacidade de os organismos vivos produzi- c) Os glicídios, os sais minerais, os lipídios e as
rem os mais variados tipos de compostos químicos proteínas são componentes orgânicos.
reside no poder catalítico de seus tecidos.” A previ- d) A água, os sais minerais e os glicídios são com-
são de Berzelius estava correta, e hoje sabemos que ponentes inorgânicos.
o “poder catalítico” mencionado no texto deve-se e) A água, os sais minerais, os lipídios e as prote-
a) aos ácidos nucleicos. ínas são componentes inorgânicos.

b) aos carboidratos. 17. (PUC-RS) Responder à questão com base na repre-
sentação gráfica da formação do nucleotídio e nas
c) aos lipídios. informações a seguir.

d) às proteínas.

e) às vitaminas.

Unidade A • A natureza da vida 13. (Mackenzie-SP) A velocidade de um processo celu-
Adilson secco lar foi medida durante 10 horas. Nesse período, a
temperatura foi aumentada gradativamente, pas-
sando de 20 °C para 40 °C. O resultado foi expresso
no gráfico abaixo.

Velocidade

20 30 40 Temperatura (ºC) �� �� adilson secco

A esse respeito, são feitas as seguintes afirmações: Nucleosídio Nucleotídio
I. A temperatura de aproximadamente 30 °C é

ótima para as enzimas envolvidas nesse pro-
cesso.
II. Na temperatura de 40 °C, pode ter havido
desnaturação completa de todas as enzimas
envolvidas.

90

Os ácidos nucleicos (DNA e RNA) são compostos de Sobre o composto químico, em destaque, no texto
monômeros chamados nucleotídios, os quais são podemos afirmar:
formados por subunidades representadas por um I. É encontrado em membranas de células ani-
retângulo, um pentágono e um círculo.
mais.
As formas geométricas citadas no texto acima repre-
II. É encontrado em membranas de células vege-
sentam, respectivamente, base ,  e grupo . tais.

a) pirimídica ribose fosfato III. É provocado pelo aumento da taxa de glicose
no sangue.
b) nitrogenada desoxirribose nitrato
IV. Constitui matéria-prima para a produção de
c) púrica ribose fosfato hormônios sexuais.

d) pirimídica desoxirribose nitrato As afirmativas corretas são:

e) nitrogenada pentose fosfato a) I e IV apenas. c) II e III apenas.

18. (Unicuritiba-PR – Adaptado) Os organismos, para se b) I e II apenas. d) I, II, III, IV.
manterem vivos, precisam realizar diversas reações
químicas no interior de suas células. Essas reações 20. (Uece) Sabe-se que o carboidrato é o principal fa-
ocorrem rapidamente devido à ação das enzimas. tor a contribuir para a obesidade, por entrar mais
diretamente na via glicolítica, desviando-se para a
Observe o gráfico abaixo e julgue as afirmativas a produção de gordura, se ingerido em excesso. Uma
seguir em verdadeiras ou falsas. refeição composta de bolacha (amido processado
industrialmente) e vitamina de sapoti (sapoti, rico
em frutose), leite (rico em lactose) e açúcar (saca-
rose processada industrialmente) pode contribuir
para o incremento da obesidade, por ser, conforme
a descrição acima, visivelmente rica em
a) lipídios.

b) proteínas.

c) vitaminas.

d) glicídios.

Questões discursivas
CReprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
BDadilson secco 21. (UEG-GO) Em 1747, o médico escocês James Lind
publicou um tratado no qual esclareceu a preven-
AEVelocidade de reação ção do escorbuto. Sobre esse tema, responda ao
Capítulo 3 • Bases moleculares da vida que se pede.
10 ºC 20 ºC 30 ºC 40 ºC 50 ºC a) Que vitamina hidrossolúvel encontra-se defi-
Temperatura ciente nas pessoas com escorbuto?

a) De acordo com algumas condições celulares, as b) Qual a função das vitaminas nas reações enzi-
enzimas podem sofrer variações em sua veloci- máticas?
dade de reação. Temperatura e pH podem estar
entre essas condições. 22. (Vunesp) Os açúcares complexos, resultantes da
união de muitos monossacarídios, são denomina-
b) O gráfico mostra como uma febre acima de 40 °C dos polissacarídios.
pode comprometer o funcionamento celular e a) Cite dois polissacarídios de reserva energética,
trazer risco de morte para o indivíduo. sendo um de origem animal e outro de origem
vegetal.
c) Entre 20 e 45 °C as velocidades da reação são
equivalentes. b) Indique um órgão animal e um órgão vegetal,
onde cada um desses açúcares pode ser encon-
d) O melhor rendimento da atividade enzimática trado.
ocorre a 35 °C.
23. (Unicamp-SP) Os lipídios têm papel importante na
e) Acima de 50 °C, a reação pode aumentar sua estocagem de energia, estrutura de membranas
velocidade. celulares, visão, controle hormonal, entre outros.
São exemplos de lipídios: fosfolipídios, esteroides
19. (Unama-PA) e carotenoides.
O ritmo acelerado da vida, o estresse e a busca in- a) Como o organismo humano obtém os carote-
cessante para manter um status social fazem com noides? Que relação têm com a visão?
que os indivíduos trabalhem muito, se alimentem
mal e não façam exercícios, o que cria uma condi- b) A quais das funções citadas no texto os este-
ção propícia para a ocorrência de doenças cardía- roides estão relacionados? Cite um esteroide
cas. [...] Além da herança genética, característica importante para uma dessas funções.
predominante em muitos casos de infarto, obe-
sidade, diabetes, tabagismo, hipertensão arterial, c) Cite um local de estocagem de lipídios em ani-
colesterol elevado, excesso de trabalho, falta de mais e um em vegetais.
exercícios físicos e péssimos hábitos alimentares
contribuem incisivamente para a incidência de
doenças coronarianas.
(Adaptado do jornal Diário do Pará, Belém,
9 set. 2007.)

91

UNIDADE B Organização e processos celulares

4Capítulo A descoberta
da célula viva

A invenção do microscópio mostrou que há Desenho de células de uma FOTOS: BIOPHOTO ASSOCIATES/PHOTORESEARCHERS/LATINSTOCK – SCIENCE MUSEUM, LONDON
grande semelhança entre os organismos, alga marinha feito por Hooke,
quando observados no nível microscópico: em 1665, com base em suas
todos são constituídos por células, minúsculos observações ao microscópio.
compartimentos onde ocorrem as reações
fundamentais à vida.
Neste capítulo apresentamos uma breve história
da descoberta das células e do desenvolvimento
de seu estudo, a Citologia.

4.1 O mundo microscópico
A invenção do microscópio possibilitou a descoberta
das células e inaugurou um novo campo de investigação
científica, a Citologia. Para compreender plenamente o
fenômeno vida, é preciso conhecer as células.

4.2 A célula observada ao microscópio óptico
A invenção e o aperfeiçoamento do microscópio óptico,
aliados ao desenvolvimento de técnicas de estudo como
fixação, corte e coloração, possibilitaram conhecer a
estrutura básica de células animais e vegetais.

4.3 A célula observada ao microscópio
eletrônico
Os microscópios eletrônicos possibilitaram estudos
altamente detalhados da estrutura interna das células e
revolucionaram a Citologia em meados do século XX.

4.4 Outros métodos para o estudo
da célula
A Citologia desenvolveu-se de forma espetacular
não apenas por avanços da microscopia óptica
e eletrônica, mas também pelo
desenvolvimento de métodos de análise
bioquímica das partes celulares.

Desenho de fungos crescendo sobre uma folha de roseira
feito pelo microscopista pioneiro Robert Hooke (1635-
-1703) e publicado no livro Micrographia.

92

Seção 4.1 O mundo microscópico

❱ Habilidades 1 Microscópio simples
sugeridas e microscópio composto

 Reconhecer a Há menos de 400 anos, um vasto mundo novo foi descoberto pela
existência de uma humanidade: o mundo microscópico. Em vez de chegar a ele a bordo de
realidade invisível caravelas, os pesquisadores pioneiros foram transportados pelas lentes
aos olhos — o mundo de seus rudimentares microscópios. Hoje, os sucessores daqueles primeiros
microscópico — que microscopistas utilizam aparelhos altamente sofisticados, com os quais
pode ser investigado conseguem visualizar até mesmo a imagem de átomos. A invenção do micros-
cientificamente e cópio possibilitou a descoberta das células e inaugurou um novo campo de
investigação científica, a Citologia (do grego kytos, célula, e logos, estudo),
incorporado às atualmente mais conhecido como Biologia Celular.
nossas visões e
explicações do mundo. Acredita-se que o primeiro microscópio tenha sido construído em 1591
por Zacharias Janssen e seu pai, Hans Janssen, dois holandeses fabricantes
 Conhecer alguns fatos de óculos. No entanto, foi o holandês Antonie van Leeuwenhoek (1632-
históricos sobre a teoria -1723) o primeiro estudioso a empregar um microscópio na investigação da
natureza, registrando cuidadosamente suas observações. Leeuwenhoek
celular e compreender aprendeu técnicas ópticas e construiu microscópios de uma só lente, com
sua importância os quais observou água estagnada, sangue e esperma, descobrindo nesses
materiais, respectivamente, microrganismos, hemácias (células vermelhas
como unificadora do sangue) e espermatozoides. O microscópio de Leeuwenhoek é chamado
dos conhecimentos de microscópio simples, por ter apenas uma lente. (Fig. 4.1)

de Biologia. Estimulados pelas descobertas de Leeuwenhoek, cientistas ingleses
encarregaram o físico Robert Hooke (1635-1703) de construir um microscó-
 Reconhecer que pio. Hooke desenvolveu então um modelo de microscópio dotado de duas
os vírus não são lentes ajustadas a um tubo de metal. Por ter dois sistemas de lentes, esse
aparelho ficou conhecido como microscópio composto.
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.constituídos de células
BETTMANN/CORBIS/LATINSTOCK– SCIENCE MUSEUM, LONDON(são acelulares) ePlacaSuporte com
BIOPHOTO ASSOCIATES/PHOTO RESEARCHERS/LATINSTOCK –metálicao material
SCIENCE MUSEUM, LONDONcompreender por queobservado
isso não enfraquece Lente
Capítulo 4 • A descoberta da célula vivaa teoria celular nem
se opõe a ela.

❱ Conceitos principais

• Citologia
• microscópio simples
• microscópio composto

• célula
• teoria celular

• mitose
• vírus

Figura 4.1 Os microscópios de Parafusos
Leeuwenhoek consistiam em uma reguláveis

pequena lente de vidro inserida VISTA VISTA
em uma placa de metal, a qual POSTERIOR ANTERIOR
estava conectada a parafusos
reguláveis com suporte para o
material observado. O observador
mantinha a lente próxima ao olho,
de modo a poder examinar através
dela objetos mantidos na ponta
do suporte. No detalhe, retrato de
Antonie van Leeuwenhoek, de 1695.

93

2 Origem do termo “célula” Lente DAVE KING/DORLING KINDERSLEY/GETTY IMAGES –
ocular SCIENCE MUSEUM, LONDON
Em 8 de abril de 1663, Robert Hooke apresentou seu
microscópio aos cientistas londrinos; o material escolhido Lente
para observação microscópica foi uma planta de musgo. Em objetiva
novo encontro, na semana seguinte, o físico inglês mostrou
aos cientistas finas fatias de cortiça, material cuja baixa den-
sidade deve-se a sua porosidade, no nível microscópico. Ele
comparou as cavidades microscópicas da cortiça às celas (pe-
quenos quartos) de um convento, denominando-as, em inglês,
cells. O termo em português, célula, deriva do latim cellula,
diminutivo de cella, que significa pequeno compartimento.

Hooke continuou seus estudos microscópicos e obteve material

suficiente para produzir um alentado livro sobre o assunto, intitulado SRCEIPERNOCDEUMÇUÃSO/EAUDM,A LMOHNADRRT-EDSAVIS/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK –
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
Micrographia, publicado em 1665. Ao observar partes vivas de plantas,

ele e outros pesquisadores notaram a presença de compartimentos

semelhantes aos da cortiça, com a diferença de que o espaço interno

das células vivas era preenchido por um material gelatinoso. Nos

anos seguintes, o termo “célula” passou a denominar o conteúdo
MUSEUM,
completo dessas “caixinhas” microscópicas que SCIENCE LONDON
formam o corpo das plantas. (Fig. 4.2)
Unidade B • Organização e processos celulares
DESENHOS DE THEODORAs observações microscópicas es-
SCHWANN – SCIENCE
MUSEUM, LONDONtenderam-se a todos os seres vivos e
BETTMANN/CORBIS/LATINSTOCK –
mostraram que os animais também eram

constituídos por bolsas microscópicas de

aspecto gelatinoso, cujo conteúdo parecia

corresponder ao das caixinhas microscó-

picas presentes nas plantas; assim, essas Figura 4.2 Réplica do microscópio
bolsas também foram chamadas de células. composto de Hooke e imagem da capa do

livro Micrographia, no qual Hooke descreve suas observações

microscópicas. Esse livro traz o célebre desenho das fatias de cortiça

3 Teoria celular (em detalhe, no círculo), cujas cavidades foram denominadas células.

A microscopia entusiasmou os pesquisadores e desenvolveu-se rapidamente. Baseado em
estudos sobre muitos tipos de plantas e de animais, os cientistas alemães Mathias Schleiden
(1804-1881) e Theodor Schwann (1810-1882) lançaram a ideia de que todos os seres vivos são for-
mados por células. Essa foi a base da teoria celular, que se desenvolveu nos anos seguintes.

Schwann e Schleiden publicaram essas ideias, independentemente, em 1838 e 1839, respec-
tivamente. (Fig. 4.3)

AB C

Figura 4.3 Desenhos de

células publicados em 1834

por Theodor Schwann; ele

D E F foi um dos primeiros a
afirmar que todos os seres
94
vivos são constituídos

por células. Os desenhos

representam células de:

A. Cebola. B. Notocorda de

peixe. C. Cartilagem de sapo.

D. Cartilagem de girino.

E. Músculos de feto de porco.

F. Células de embrião de porco.

Importantes biólogos da época, como o fisiologista francês Claude Bernard (1813-1878) e o patolo-
gista alemão Rudolph Virchow (1821-1902), apoiaram desde o início as ideias de Schleiden e Schwann, o
que facilitou sua aceitação pela comunidade científica. Convencidos de que a célula era o constituinte
fundamental de todos os seres vivos, os biólogos passaram a imaginar como elas surgiam.

Um dos defensores de que uma célula somente podia originar-se de uma célula preexistente era
Rudolf Virchow, que, em 1855, sintetizou seu pensamento em uma frase em latim, a qual, depois, se
tornou célebre: “Omnis cellula ex cellula”, cujo significado é: “toda célula se origina de outra célula”.

Em 1878, o biólogo alemão Walther Flemming (1843-1905) descreveu detalhadamente o pro-
cesso de divisão de uma célula em duas, que ele denominou mitose. (Fig. 4.4)

A BC

D EF
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
desenhos de Walther Flemming – Science museum, londonG HI

Capítulo 4 • A descoberta da célula vivaFigura 4.4 Desenhos de

J KL células vivas em divisão feitos
por Flemming e publicados

em 1879; a sequência mostra

as etapas da divisão de uma

célula em duas, processo

denominado mitose.

A proposição inicial de Schleiden e Schwann (todos os seres vivos são formados por células),
complementada por novas descobertas e conclusões, passou a constituir a teoria celular, que
se apoia em três premissas fundamentais:

1. Todos os seres vivos são formados por células e por estruturas que elas produzem; as
células são, portanto, as unidades morfológicas dos seres vivos.

2. A s atividades essenciais que caracterizam a vida ocorrem no interior das células; estas
são, portanto, as unidades funcionais, ou fisiológicas, dos seres vivos.

3. Novas células surgem apenas pela divisão de células preexistentes, por meio da divisão
celular; a continuidade da vida depende, portanto, da reprodução celular.

A teoria celular é uma das mais importantes generalizações da Biologia. Ela estabelece que,
apesar das diferenças quanto à forma e à função, todos os seres vivos têm em comum o fato de
serem constituídos por células. Para compreendermos plenamente o fenômeno da vida, portanto,
precisamos conhecer as células.

As pesquisas mostraram que os vírus não apresentam células em sua constituição, isto é,
são acelulares. Será que essas descobertas invalidam ou enfraquecem a teoria celular, segundo
a qual todos os seres vivos são constituídos por pelo menos uma célula?

Essa é uma discussão interessante, uma vez que, apesar de não serem formados por células,
todos os vírus precisam necessariamente invadir células vivas para produzir novos vírus. Em ou-
tras palavras, eles são parasitas intracelulares obrigatórios; se não encontram células vivas
nas quais possam se reproduzir, os vírus não realizam nenhuma atividade vital. Isso confirma que
as atividades essenciais à vida ocorrem somente no interior de células vivas e que estas são, de
fato, as unidades básicas dos seres vivos.

95

Seção 4.2 A célula observada
ao microscópio óptico

❱❱ H  abilidades 1 Partes fundamentais da célula Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
sugeridas
Os primeiros citologistas — como são chamados os cientistas que estu-
CC C  onhecer os princípios dam as células — notaram que elas eram preenchidas por um líquido viscoso,
básicos de funcionamento que foi denominado citoplasma (do grego kytos, célula, e plasma, líquido).
Nas células vegetais, sempre se observava um envoltório bem definido, a
do microscópio óptico parede celular, inexistente nas células animais. Era de esperar, porém, que
(fotônico) e estar as células animais também tivessem algum tipo de película envolvente, que
contém o citoplasma e o impede de se misturar a líquidos do meio externo.
informado sobre seu Por isso, mesmo sem visualizar nenhum envoltório, os pioneiros citologistas
aumento, resolução e deduziram sua existência e o denominaram membrana plasmática.
possibilidade ou não de
realizar observações vitais. O microscópio eletrônico confirmou que tanto células animais quan-
to vegetais têm uma finíssima membrana envolvendo o citoplasma.
CC  C  onhecer os Células vegetais, além disso, apresentam uma parede celular relativamente
fundamentos das espessa situada externamente à membrana plasmática, como se fosse
principais técnicas uma caixa protetora. Foram exatamente as paredes celulares da cortiça,
de preparação de um tecido vegetal morto, cujas células morreram e desapareceram, que
materiais biológicos Hooke analisou em suas observações pioneiras.
para observação ao
microscópio óptico Os primeiros citologistas já haviam percebido que o citoplasma das
(técnicas citológicas): células de animais e de plantas geralmente apresenta uma estrutura esfé-
observação vital, fixação, rica ou ovoide. Em 1833, o pesquisador escocês Robert Brown (1773-1858)
coloração, inclusão, lançou a hipótese de que essa estrutura era um componente importante e
corte e esmagamento. fundamental da célula. Ele a denominou núcleo, termo derivado da palavra
grega nux, que significa semente, por considerar que devia ser tão essencial
CC  C  onhecer as unidades para a célula quanto a semente é para o fruto. Desde então, os biólogos
de medida utilizadas em passaram a admitir que todas as células têm três partes fundamentais:
microscopia (micrometro, membrana plasmática, citoplasma e núcleo. (Fig. 4.5)
nanometro e angstrom),
comparando-as entre si Com o desenvolvimento de novas técnicas microscópicas, descobriu-se
que o citoplasma contém diversas estruturas, além do núcleo. Descobriu-
e com o metro. -se, também, que as células de bactérias e arqueas não têm núcleo e são
estruturalmente mais simples que as células de todos os outros seres vivos.
❱❱ C  onceitos principais Os detalhes desses tipos de células serão estudados mais adiante.

• citoplasma Unidade B • Organização e processos celulares CÉLULA ANIMAL CÉLULA VEGETAL
• membrana plasmática
Parede Vacúolos
• núcleo celular celular
• microscópio óptico
Núcleo Adilson Secco
• micrometro (m)
• nanometro (nm) Citoplasma
• poder de resolução
• observação vital Membrana
plasmática
• fixação
• corante citológico Figura 4.5 Desenhos de células animal e vegetal, na concepção dos
• técnica de esfregaço citologistas do século XIX. (Imagens sem escala, cores-fantasia.)

• técnica de
esmagamento
• técnica de inclusão

• micrótomo

96

Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2 Como funcionam os microscópios ópticosTom Grill/AGE/AGB
Adilson Secco
Os microscópios ópticos modernos, também chamados microscópios fotônicos (do grego
photos, luz), possuem três conjuntos principais de lentes ópticas, fabricadas em vidro ou cristal.
Um dos conjuntos é o condensador, cujas lentes têm por função concentrar os raios luminosos
que atravessam o objeto em observação. Outro conjunto compõe as lentes objetivas, as mais
importantes do microscópio, responsáveis pela formação da imagem. O terceiro compõe-se das
lentes oculares, que ficam próximas ao olho do observador e no qual projetam a imagem.

A luz, após ser concentrada no condensador, atravessa o objeto em observação, passa pelas
lentes da objetiva e da ocular e chega ao olho do observador, onde é percebida como uma imagem
ampliada. Multiplicando o aumento fornecido pela ocular pelo aumento da objetiva, calculamos
o valor final da ampliação. Se empregarmos, por exemplo, uma ocular de 10 vezes e uma objetiva
de 50 vezes, o valor final da ampliação será 500 vezes.

Os microscópios ópticos modernos fornecem aumentos médios entre 100 e 1.500 vezes.
Se um objeto que mede 0,01 mm de diâmetro (invisível a olho nu) for ampliado 1.000 vezes, sua
imagem ampliada terá 10 mm (1 cm) e poderá ser visualizada. (Fig. 4.6)

A Observador

Lentes oculares

Lentes BC Steve Gschmeissner/Science
objetivas Photo Library/Latinstock

Material
biológico

Lentes
condensadoras

Fonte de luz

Figura 4.6 A. Representação esquemática das partes fundamentais Capítulo 4 • A descoberta da célula viva
de um microscópio óptico, mostrando o caminho percorrido pela luz
(em vermelho) no interior do aparelho. B. Microscópio óptico moderno.
C. Micrografia de esfregaço de sangue humano ao microscópio
óptico, em que se veem dezenas de hemácias (glóbulos vermelhos) e
dois glóbulos brancos com seus núcleos multilobados, intensamente
corados em azul (aumento  6503).

Para medir células e suas estruturas internas, precisamos utilizar unidades especiais, menores
que as que empregamos no dia a dia. Uma delas é o micrometro (mm), que corresponde a um
milésimo do milímetro (10-3 mm) e, portanto, a um milionésimo do metro (10-6 m). Para dimensões
ainda menores, costuma-se usar o nanometro (nm), que corresponde a um milésimo do micro-
metro (10-3 m, ou 10-6 mm, ou 10-9 m). Os físicos e os químicos também utilizam o angstrom (Å),
10 vezes menor que o nanometro e que corresponde a 10-10 metros.

Poder de resolução e limite de resolução

A qualidade de um microscópio não depende apenas da ampliação que ele consegue produzir,
mas principalmente da capacidade de fornecer imagens nítidas e bem detalhadas. O exemplo a
seguir nos ajudará a entender melhor essa questão.

97

A Fabio Colombini Observando com uma lente de aumento fotos coloridas im-
B pressas em livros e revistas, podemos distinguir claramente
C Mike Danson/Science Photo que elas são formadas pela composição de pequenos pontos
D Library/Latinstock coloridos, de três cores básicas (amarelo, azul e magenta),
E além de pontinhos pretos. Como esses pontos são muito pe-
Jason Edwards/National quenos e muito próximos, a olho nu “misturamos” suas cores Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
98 Geographic/Getty Images e temos a sensação das diversas cores das fotos. Uma lente
de aumento “resolve” os pontos da imagem, isto é, permite
Arquivo do autor vê-los como pontos separados. O verbo resolver vem do latim
e significa, dentre outras coisas, separar. Assim, chegamos
Unidade B • Organização e processos celulares Arquivo do autor ao conceito de poder de resolução, que é a capacidade de
distinguir pontos muito próximos em uma imagem.

A olho nu conseguimos distinguir (isto é, resolver) pontos que
estejam, no máximo, a um décimo de milímetro (0,1 mm ou 100
mm) de distância um do outro. Pontos mais próximos que essa
distância-limite são vistos como um ponto único, sem distinção.
Portanto, o limite de resolução do olho humano é da ordem
de 0,1 mm (100 mm). Quanto menor o limite de resolução de um
instrumento óptico, mais nítidas e detalhadas serão as imagens
que ele fornece, ou seja, maior seu poder de resolução.

Microscópios ópticos de boa qualidade têm limite de
resolução da ordem de 0,25 mm (0,00025 mm), o que signi-
fica que eles permitem distinguir pontos separados por até
0,25 mm de distância. Portanto, a capacidade desses mi-
croscópios em mostrar detalhes de pequenos objetos, isto
é, seu poder de resolução, é cerca de 400 vezes maior que
a resolução do olho nu (100 mm 4 0,25 mm).

3 Técnicas para observação
ao microscópio óptico

Para ser observado ao microscópio, o material biológico
precisa ser submetido a uma série de processos denominados
técnicas citológicas, que variam de acordo com o tipo de mate-
rial e com o que se deseja observar. Geralmente, os materiais
biológicos são colocados sobre uma placa retangular de vidro
— a lâmina — e cobertos por uma placa de vidro bem fina — a la-
mínula. É importante que as células entre a lâmina e a lamínula
disponham-se em uma camada bem fina, sem empilhamentos,
de modo a permitir a passagem de luz necessária à formação
da imagem. Há diversas técnicas de preparação de lâminas; a
escolha de cada uma depende do material que se quer estudar
e do tipo de estudo que se quer fazer. Algumas das técnicas
citológicas mais comuns são descritas a seguir.

Observação vital

Uma técnica citológica relativamente simples é a ob-
servação vital, também conhecida por exame a fresco.
O material biológico vivo é colocado entre a lâmina e a la-
mínula e observado. Essa técnica é utilizada, por exemplo,
para observar células vegetais vivas. (Fig. 4.7)

Figura 4.7 Observação vital (ou exame a fresco) de células do pelo
estaminal da trapoeraba-roxa (Tradescantia pallida), uma planta comum
de jardim. A. Aspecto geral da planta em um canteiro. B. Folhas e flores.
C. Detalhe da flor, mostrando os pelos estaminais (setas). D. Micrografia
de pelos estaminais com células vivas, observadas ao microscópio
óptico (aumento  1103). E. Micrografia de pelo estaminal com células
em maior aumento ( 2703).

Fixação e coloração das células

A observação a fresco permite distinguir poucas estruturas celulares. Para evidenciar os
detalhes internos das células, o material biológico tem de passar por diferentes tratamentos
antes de ser observado. Geralmente, o primeiro tratamento é a fixação, que consiste em matar
rapidamente as células, preservando ao máximo sua estrutura interna, como se fosse uma espécie
de mumificação. Para obter esse efeito, costuma-se mergulhar as células em líquidos fixadores
(formol, ácido acético, álcool etc.), que têm a propriedade de estabilizar certas substâncias quí-
micas do material, preservando o aspecto geral da célula e das estruturas celulares.

As estruturas celulares, mesmo depois de fixadas, apresentam contraste pequeno, distinguin-
do-se pouco umas das outras. Para superar essa dificuldade, os cientistas desenvolveram técnicas
para colorir determinadas estruturas celulares, a fim de realçá-las. Depois de obter fatias finas
de células previamente fixadas, elas são colocadas sobre lâminas de vidro e mergulhadas em
soluções que contêm substâncias coloridas, os corantes citológicos. Os corantes têm afinidade
por certas estruturas da célula, associando-se especificamente a elas. Depois que a preparação
é retirada do corante, lavada e observada ao microscópio, essas estruturas tornam-se coloridas
e destacam-se das demais.

Uma técnica comum de coloração citológica emprega os corantes hematoxilina e eosi-
na. A hematoxilina é um corante azul-arroxeado com grande afinidade pelo núcleo celular e
pouca afinidade pelo citoplasma; a eosina é um corante alaranjado com grande afinidade
pelo citoplasma celular e pouca afinidade pelo núcleo. Células coradas simultaneamente
com esses dois corantes aparecem ao microscópio com o núcleo arroxeado e o citoplasma
alaranjado. (Fig. 4.8)
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
Jonathan Ashton/Science Photo Library/Latinstock

Capítulo 4 • A descoberta da célula viva
Figura 4.8 Micrografia de corte de pele humana corada com hematoxilina
e eosina e observada ao microscópio óptico (aumento  3403).

Nos exames a fresco, também podem-se utilizar alguns corantes especiais, conhecidos como
corantes vitais, que penetram na célula e evidenciam suas estruturas sem matá-la. Exemplos
de corantes vitais são o azul de metileno e o verde Janus, este último com grande especificidade
na coloração de estruturas citoplasmáticas denominadas mitocôndrias.

Esfregaço

Se o material biológico é constituído por células isoladas ou pouco unidas entre si, pode-se
simplesmente espalhá-lo sobre a lâmina de vidro, processo conhecido por técnica de esfregaço.
Por exemplo, para preparar lâminas de sangue, pinga-se uma gota desse material sobre a lâmina
e espalha-se bem, para formar uma camada fina. Isso evita que as células fiquem empilhadas e
permite observá-las isoladamente.

99

Fotos do arquivo dos autores A técnica de esfregaço também pode ser utilizada para observar células
A de revestimentos mucosos, as quais se soltam com certa facilidade. Por
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.
exemplo, para obter células do revestimento interno da boca, raspa-se
levemente a superfície da mucosa bucal com um instrumento adequado,
espalhando as células coletadas sobre uma lâmina de microscopia, de
modo a obter o esfregaço. (Fig. 4.9)

Esmagamento

No caso de células frouxamente associadas, como as de partes moles
de tecidos animais ou vegetais, pode-se preparar o material por meio da
B técnica de esmagamento. O material, geralmente já fixado e corado,
é colocado entre uma lâmina e uma lamínula de vidro e esmagado pela
pressão suave do dedo polegar. Em alguns casos, o material pode ser
aquecido previamente para fazer com que suas células se separem com
mais facilidade. (Fig. 4.10)

Corte manual

Quando o material biológico tem células firmemente unidas entre si,
é necessário cortá-lo em fatias finas, denominadas cortes histológicos.
É possível cortar manualmente certos materiais vegetais relativamente
C rígidos — caules, raízes, folhas etc. — com uma lâmina de barbear bem afiada
e observá-los a fresco entre a lâmina e a lamínula. As estruturas vegetais,
sendo geralmente mais rígidas que as dos animais, permitem a confecção
de cortes suficientemente finos para uma observação vital satisfatória.

Figura 4.9 Micrografias de células da mucosa bucal humana ao microscópio óptico
(aumento  2403). A. Sem coloração, com um recurso óptico que aumenta o
contraste. B. Com coloração dos núcleos por hematoxilina. C. Com dupla coloração, por
hematoxilina (colore núcleos) e eosina (colore o citoplasma).

adiLson seCCo Cebola Fragmentação
com
Tubo com Corte das pontas
orceína em das raízes estiletes
aquecimento
Unidade B • Organização e processos celulares Orceína fria

Colocação
da lamínula

m. i. W

Esmagamento aLker/Photo researChers/LatinstoCk

Micrografia de células de raiz de cebola ao
microscópio óptico (aumento  3803,
com uso de filtro verde)

Figura 4.10 Representação esquemática de etapas da preparação de uma lâmina
de raiz de cebola pela técnica de esmagamento. (Imagens sem escala, cores-
-fantasia.) As pontas das raízes são fervidas em um tubo com o corante orceína e
transferidas para uma lâmina. Aplica-se orceína fria sobre elas. Em seguida, são
picadas com dois estiletes e esmagadas entre lâmina e lamínula.

100

Inclusão e corte com o micrótomo

O estudo microscópio detalhado das células requer que elas sejam cortadas em fatias muito
finas. Para isso, é preciso submeter os materiais biológicos a tratamentos que endurecem as
células e facilitam o corte.

O método mais comum para enrijecer materiais biológicos é chamado de inclusão. O material
é mergulhado em uma substância inicialmente líquida que depois endurece, preenchendo-o e
envolvendo-o completamente. Em preparações destinadas ao microscópio óptico, mergulha-se
em parafina derretida pelo calor o material já fixado e espera-se que ela esfrie e solidifique. O
material fica, assim, incluído dentro de um bloco de parafina solidificada e pode ser cortado em
fatias bem finas, com cerca de 5 micrometros de espessura. Para se obterem cortes histológicos
finos assim, emprega-se um aparelho chamado micrótomo. (Fig. 4.11)

Transferência ADILSON SECCO
dos cortes
Imersão D para a lâmina
do material
Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. biológico

A

Forma de

metal com

parafina

líquida Dissolução da

E parafina com xilol

B F Coloração

Bloco de Aplicação
parafina de bálsamo-
solidificada -do-canadá

Forma G
retirada

Braço do Bloco de Colocação da lamínula Capítulo 4 • A descoberta da célula viva
micrótomo parafina
Micrografia de corte
C Lâmina da musculatura do
de metal
Cortes coração de mamífero
ao microscópio óptico
MANFRED KAGE/SCIENCE PHOTO LI
(aumento  350)

Figura 4.11 Representação esquemática das técnicas de inclusão em parafina e BRARY/LATINSTOCK
corte. (Imagens sem escala, cores-fantasia.) Antes de ser mergulhado na parafina
liquefeita pelo calor (A), a cerca de 65 °C, o material biológico é fixado, desidratado
e impregnado de um solvente orgânico, o xilol. Depois que a parafina se solidifica
(B), a peça que contém o material incluído é cortada no micrótomo (C). Os cortes
são colocados sobre lâminas de vidro, a parafina é removida com xilol e faz-se a
coloração (D, E, F). Finalmente, os cortes de tecido biológico recebem gotas de uma
cola especial (bálsamo-do-canadá) e são cobertos com uma lamínula (G).

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