Aula1

            Como disse antes, biologia é simples e para iniciar o estudo, nada como o começo, ou seja, a ‘menor’ parte do organismo, a célula. E pode ter certeza, que todos os organismos vivos a possuem.
            Ela foi observada pela primeira vez no século XVII, por Robert Hooke, a teoria celular foi enunciada apenas no século XIX, por Mathias Schleiden e Theodor Schwann. Schleiden, botânico, havia notado existência de células em todos os tecidos vegetais que estudara. Ao entrar em contato com Schwann perceberam que todos os organimos vivos a possuem, tanto vegetais quanto animais. Iniciando assim a Teoria Celular.
            Em 1858, ao propor que “todas as células provem de células preexistentes”, Rudolf Virchow ampliou a Teoria Celular, sendo que essa continuidade é garantida pelos cromossomos, estruturas portadoras dos genes, partículas responsáveis pela heretariedade.
            Os seres vivos, dependendo de sua organização celular, podem ser classificados em procariontes e eucariontes. As células procarióticas, existentes apenas em bactérias e algas azuis, são mais simples, sendo as eucarióticas, presentes nos demais organismos, têm maior grau de sofisticação, na qual este ainda possui separação do material genético do citoplasma.

Célula Bacteriana: possui uma célula simplificada, contendo uma parede celular, em seguida, a membrana plasmática, que envolve um material gelatinoso, o hialoplasma, dentro do qual estão mergulhados os ribossomos e um filamento de cromatina, material genético da célula, que não esta separado do citoplasma por nenhuma membrana.
Imagem de E. Coli

membrana citoplasmática (4) - envolve a célula e regula a entrada e saída de materiais, separando-a do seu meio ambiente;
nucleóide (3) - região da célula onde se localiza o material hereditário (DNA), não rodeada por membrana;
citoplasma - todo o interior da célula, com excepção do nucleóide. É composto por duas partes, uma solução aquosa - citosol (1) - com iões dissolvidos e biomoléculas e partículas insolúveis como os ribossomas (2);
parede celular (5 + 6) - localizada no exterior da membrana citoplasmática , tem uma rigidez que dá suporte á célula e determina a sua forma. A parede celular da maioria das bactérias (mas não das arqueobactérias!) contém peptidoglicanos (5), um polímero de açucares aminados, ligados entre si por pontes de hidrogénio de modo a formar uma gigantesca molécula em volta da célula. Em algumas bactérias existe uma membrana externa (6), formada por uma camada de fosfolípidos rica em polissacáridos (tal como a membrana citoplasmática, embora esta membrana não actue como uma barreira selectiva e os seus polissacáridos possam causar doenças);
cápsula (7) - localizada por fora da parede celular, nem sempre existe. A cápsula é uma estrutura mucosa, composta principalmente por polissacáridos. Este revestimento externo é uma das principais causas de resistência das bactérias, nomeadamente ao ataque dos glóbulos brancos do sistema imunitário de animais que infectam. A cápsula protege da desidratação e pode mesmo aderir a outras células que a bactéria ataca, impedindo-as de fugir. A cápsula não é essencial á vida da célula pois, para além de existirem bactérias que não as produzem, esta pode sobreviver se a perder.

Célula animal e vegetal: A cromatina esta envolvida por uma membrana nuclear (carioteca), destacando assim um núcleo diferenciado. Alem de possuir inúmeros componentes que serão abordados posteriormente. O hialoplasmas, que também possui ribossomos, apresentam ainda muitas outras estruturas.
Outro detalhe, a célua vegetal possui cloroplastos, estruturas inesistentes na célula animal. Os cloroplastos permitem uma capacidade única aos vegetais verdes: realizar fotossíntese.

Outro assunto comentado foi a composição celular em termos nutricionais. Antes de iniciar o estudo, devemos lembrar que a constituição celular é de aproximadamente 70% de água, como foi dito em aula, devemos nos olhar para lembrar a constituição química. Alem de 15% de proteínas, 6% de RNA, 3% de polissacarídeos, 2% de lipídeos, 1% de DNA e 1% de íons. Lembre-se que este é um numero aproximado.

VITAMINAS (REGULADORES)

Vitamina A
É importante para o bom desempenho da visão, para o crescimento, para a vitalidade da pele e cabelo. Para que seja bem absorvida pelo organismo, é necessário consumir alimentos que contenham gorduras.
A falta da vitamina A pode causar cegueira noturna (maior dificuldade de adaptação da visão no escuro), secura da pele e maior risco de contrair infecções.
Fontes de origem Animal: fígado, gema de ovo, leite integral e derivados, óleo de fígado de alguns peixes, como bacalhau.
Fontes de origem Vegetal: margarina, óleo de dendê e do buriti, frutas e hortaliças de cor amarelo-alaranjada, como cenoura, morango, abóbora madura, manga e mamão ou de cor verde-escura: mostarda, couve, agrião e almeirão etc.

Vitaminas do Complexo B
Ajudam na manutenção da pele, colaboram no crescimento e deixam os cabelos mais saudáveis e brilhantes.
FONTES: batata, banana, legumes e alguns tipos de carne (boi, frango, peixe), miúdos em geral (coração, fígado etc), levedo de cerveja, gema do ovo, germe de trigo, músculo de boi, pão integral e abacate.

Vitamina E
Retarda o envelhecimento e auxilia no aproveitamento da vitamina A.
FONTES: Germe de trigo, amêndoas e avelãs. Encontram-se em óleos vegetais, como os de germe de trigo, girassol, caroço de algodão, dendê, amendoim milho e soja.

Vitamina K
Ajuda na cicatrização e evita sangramentos.
FONTES: Leite e derivados, carnes, ovos, sardinha, amêndoa, semente de gergelim e hortaliças verdes.

Vitamina C
Aumenta a resistência do organismo evitando gripes e resfriados, protege a gengiva e aumenta a absorção do ferro.
FONTES: É amplamente encontrada nas frutas cítricas e folhas de vegetais crus. As melhores fontes são: acerola, laranja, limão, morango, brócolis, repolho e espinafre.
Vitamina D
Essencial para a formação dos ossos e dentes, deixando-os mais resistentes. Sua ausência pode provocar raquitismo e amolecimento dos ossos (osteomalácea).
FONTES: Gema de ovo, fígado, manteiga e pescados gordos (arenque e cavala). Encontra-se teores de vitamina D nas sardinhas e no atum.
Esta vitamina é formada pelos raios ultravioletas do sol.

Cálcio
Importante na formação e manutenção dos ossos e dentes, evitando a fragilidade dos mesmos. Sua ausência pode provocar deformidades ósseas.
FONTES: Leite, queijo, gema de ovo, carnes (como boi,peixes e aves), cereais de trigo integral, legumes e castanha.

Fósforo
Ajuda na memória e contribui para a formação dos ossos e dentes.
FONTES: Nozes, legumes e grãos.

Sódio
Evita fraqueza e desidratação.
FONTES: Cloreto de sódio ou sal de cozinha. Alimentos protéicos contêm mais sódio que outros tipos de alimentos, portanto, geralmente não é necessário o acréscimo de sal em
algumas preparações.
A quantidade necessária de sal por pessoa é de ¼ de colher de chá por dia.

Ferro
Importante na formação das células vermelhas, prevenindo a anemia. Quando fornecido pelas carnes, este mineral é melhor absorvido do que os de origem vegetal.
A falta de ferro é a mais comum de todas as deficiências nutricionais, principalmente para
crianças menores de 2 anos, meninas adolescentes, grávidas e idosos.
FONTES: Fígado, carnes, gema de ovo, feijão, frutas secas, cereais, lentilha, folhas verde-escuras e beterraba.
Os refrigerantes a base de cola reduzem a absorção do ferro se consumidos durante a refeição.

Alimentos ricos em ferro e vit. C juntos aumenta a absorção pelo organismo.

Potássio
Evita a fraqueza muscular e controla os batimentos do coração.
FONTES: Frutas, leite, carnes, cereais, vegetais e legumes.

Fibras
Sua função é estimular o funcionamento intestinal. Absorvem líquidos e ligam substâncias, por isso previnem a prisão de ventre, eliminando também elementos tóxicos do organismo.
Comendo poucas fibras pode-se ter doenças como: hipertensão, colesterol alto, obesidade, inflamação da hemorróida e câncer de intestino.
FONTES: Pão integral, frutas com casca, vegetais crus, grãos, leguminosas e cereais integrais.

Água
A água também regula nosso organismo e nos hidrata. O corpo perde água naturalmente, através da pele com a transpiração, dos rins com a urina e pelo intestino com as fezes.
Por isso, devemos repor líquidos, preferencialmente, através da ingestão de água; e também através de frutas como melancia e melão (que possuem 80 e 60% de água respectivamente).
A reposição de água deve ser de 2,5 litros/dia, ou de 8 a 10 copos/dia.

Os glúcidos representam o grupo mais abundante de compostos da matéria viva. Ainda hoje continuam a ser descobertos novos glúcidos bem como as funções que desempenham nos processos biológicos, normais ou patológicos. Muitos destes compostos constituem uma fonte de energia para os organismos. Alguns, como a glucose ou a sucrose (ou sacarose) com o qual adoçamos os alimentos, são utilizáveis pela célula, através de processos relativamente expeditos; outros, como o amido, nos vegetais e o glicogénio, nos animais, constituem as reservas energéticas oportunamente mobilizáveis através de mecanismos bioquímicos complexos. Muitos outros glúcidos intervêm como materiais de estrutura, tais como a celulose e a pectina das paredes das células vegetais, a quitina, constituinte preponderante do esqueleto de vários grupos de animais, nomeadamente dos insectos, o ácido hialurónico, presente nomeadamente nas cartilagens, ou o ágar-ágar que se extrai de certas algas marinhas.

Os glúcidos são compostos de carbono, oxigénio e hidrogénio, muitos dos quais obedecem à fórmula empírica Cn(H2O)n, razão pela qual foram designados antigamente por hidratos de carbono. Na realidade existem muitas excepções, quer na proporção dos principais constituintes, quer pela presença de outros elementos associados, como o azoto, o enxofre ou o fósforo.
Quimicamente, os glúcidos definem-se como poli-hidroxialdeídos, poli-hidroxicetonas e seus derivados simples ou poliméricos destes compostos unidos por igações glicosídicas.

Os glúcidos agrupam-se em três grandes classes: (i) oses (monossacarídeos), (ii) derivados das oses e (iii) ósidos (oligossacarídeos e polissacarídeos).

Oses
a) Caracterização
Designam-se por oses, ou igualmente por monossacáridos, as moléculas que obedecem à fórmula empírica Cn(H2O)n possuindo n-1 grupos oxidrilos e um grupo carbonilo.
Em função do número de átomos de carbono, que nunca pode ser inferior a três, assim se designam por trioses, tetroses, pentoses, hexoses, etc. Por sua vez, dependendo da natureza da função carbonilo ser um aldeído ou uma cenona, assim se designarão por aldoses ou por cetoses.

Exemplos de oses: Isómeros D e L de Gliceraldeído (A, B) e Di-hidroxiacetona (C)
(verde: função aldeído; roxo: função cetona)

Numa aldose, o átomo de carbono da função aldeído é o átomo número 1; numa cetose, o átomo de carbono da função cetona tem o número mais baixo possível, mas nas cetoses que intervêm no metabolismo fundamental, é sempre o carbono 2.

Se observarmos a fórmula do gliceraldeído, facilmente constataremos que podem existir duas configurações, dependendo da posição do oxidrilo do carbono assimétrico, se encontrar à direita (D de dextra) ou à esquerda (L de levogira).
Estes isómeros, designados enantiómeros, possuem a característica de serem entre si como um objecto e a sua própria imagem num espelho.
Estas duas formas do gliceraldeído podem considerar-se na base de duas séries de aldoses: a série D e a série L. As letras D e L referem-se somente à configuração do penúltimo átomo de carbono do extremo da cadeia oposto ao grupo carbonilo.
Por razões não esclarecidas, a grande maioria das as oses que intervêm na composição e no metabolismo das células, pertencem às séries D.

Os monossacarídeos, a partir da tetrose (na série das aldoses) e da pentose (na série das cetoses) podem, em solução aquosa, sofrer uma ciclização e formar anéis de cinco (furanoses) ou de seis lados (piranoses). Esta ciclização ocorre por eliminação de uma molécula de água, entre o OH que ficou ligado ao carbono 1 das aldoses (ou carbono 2 das cetoses) e o OH ligado ao penúltimo ou ao antepenúltimo da estrutura.

Por comodidade de expressão gráfica, utiliza-se correntemente a representação proposta por Haworth, na qual os átomos de carbono se dispõem num mesmo plano, com os grupos oxidrilo que figuram à direita, representados para baixo e os oxidrilos que figuram à esquerda, para cima.
É todavia importante ter presente que, devido aos ângulos de valência do carbono, o ciclo pirânico (seis lados) não é plano, podendo assumir duas configurações: em barco ou em cadeira, sendo esta última termodinamicamente mais estável.

Duas trioses, o gliceraldeído e a di-hidroxiacetona, são muito comuns nas células animais e vegetais, onde se encontram geralmente sob a forma de ésteres fosfóricos e intervêm como compostos intermediários na glicólise.
A eritrose, é uma tetrose que se encontra presente também como éster fosfórico; intervém, nomeadamente, na via das pentose-fosfato e na fase escura da fotossíntese (Ciclo de Calvin).

A pentose mais importante é sem dúvida a ribose, a qual, à semelhança das anteriores, se encontra geralmente sob a forma de éster fosfórico. Na forma de éster 5 - fosfórico participa na fotossíntese e na via das pentose-fosfato e é constituinte do ATP, NAD+, NADP+, FAD e coenzima A. Na forma de ésteres 3,5 - fosfórico, entra na constituição da molécula de RNA.

Duas cetopentoses, igualmente como ésteres fosfóricos, intervêm também como compostos intermédios na via das pentoses-fosfato: a xilulose e a ribulose. A ribulose 1,5 - difosfato é por sua vez o composto ao qual o CO2 se fixa no decurso da fotossíntese, na maioria das plantas.

As hexoses mais comuns nos organismos são a glucose, a galactose, a manose (aldoses) e a frutose (cetose).
A glucose é o monossacarídeo mais difundido no mundo vivo. Na forma livre, encontra-se presente nos frutos e outros órgãos vegetais, no mel, no sangue e na linfa, etc. É, por sua vez, o principal constituinte de oligossacarídeos como a sacarose, a lactose e a trealose, e de polissacarídeos, como a celulose, o glicogénio e o amido. Os ésteres 1 - fosfórico e 6 - fosfórico são compostos intermediários das cadeias respiratórias.
A galactose é, depois da glucose, a ose mais abundante. Aparece em dissacarídeos como a lactose do leite e em diversos polissacarídeos.
A frutose é a única cetose que se encontra em grandes quantidades na natureza. No estado livre, encontra-se presente em muitos frutos, no néctar das flores e no mel. Enquanto ésteres fosfóricos (frutose-6-fosfato e frutose 1,6-bifosfato), intervêm, tanto nas células animais como nas vegetais, como importantes constituintes intermediários da glicólise.

São diversos os derivados das oses e desempenham importantes funções metabólicas. Citaremos apenas duas classes:

Os ésteres fosfóricos das oses resultam da esterificação da função álcool primária, do grupo hidroxilo hemicetálico, ou de ambas as funções. Estes derivados das oses desempenham importantes funções nos processos metabólicos como a glicólise, a fotossíntese, a via das pentose-fosfato, entre outras.

Os desoxiaçúcares resultam da substituição de um grupo oxidrilo de um monossacarídeo por um átomo de hidrogénio; recebem o prefixo desoxi, antecedido pelo algarismo de posição. O desoxiaçúcar mais importante é sem dúvida a pentose 2-desoxi-D-ribose, que intervém na estrutura dos nucleótidos constituintes dos ácidos desoxirribonucleicos (DNA).

Os ósidos são açúcares complexos, constituídos geralmente por determinado número de oses ou então por oses e outras moléculas não glucídicas. No primeiro caso, situam-se os oligossacarídeos, constituídos por um pequeno número de oses, e os polissacarídeos, em cuja constituição intervém um grande número de oses. No segundo caso, situam-se, entre outros, os glicolípidos e as glicoproteínas.

Os monossacarídeos ao constituírem um oligossacarídeo, estabelecem entre si pontes de oxigénio que se designam por ligações glicosídicas, que podem ser de tipo  ou ß. Os oligossacarídeos mais comuns são constituídos apenas por duas oses. São por isso designados por dissacarídeos. Apresentam-se, em seguida, alguns exemplos.

A lactose é o açúcar do leite dos mamíferos. É formado por uma molécula de galactose e por uma molécula de glucose, unidas por uma ligação glicosídica de tipo ß. São raros os enzimas capazes de hidrolisar ligações de tipo ß, mas os jovens mamíferos possuem uma ß-galactosidase, que lhes faculta a possibilidade de digerir a lactose do leite. Nos adultos, este enzima pode faltar, havendo então uma intolerância ao leite.

Sacarose (A): ligação glucosídica de tipo 
Lactose (B): ligação glucosídica de tipo 

A sacarose é o açúcar comum, empregue em culinária. É o principal açúcar sintetizado pelas plantas e acumulado nos seus órgãos de reserva, sendo extraído comercialmente da cana de açúcar ou da beterraba sacarina. Por hidrólise, a sacarose produz uma mistura equimolecular de glucose e de frutose.

Os polissacarídeos são constituídos por um grande número (milhares ou centenas de milhares) de moléculas de oses, podendo formar cadeias lineares ou estruturas ramificadas.

O amido é a forma de reserva glucídica dos vegetais, sendo constituído por dois polissacarídeos, a amilose e a amilopectina, em proporções variáveis, mas características das espécies e variedades. Tanto a amilose como a amilopectina são polímeros da glucose, na forma de -D-glucopiranose. A amilose é uma molécula geralmente linear, apresentando por isso, tendência para enrolamento em hélice. Pelo contrário, a amilopectina é uma molécula ramificada.
Nas células, o amido apresenta-se em forma de grânulos de dimensões e formas características.

O glicogénio é a forma de reserva glucídica dos animais, mas encontra-se também nos fungos. Possui uma estrutura ramificada semelhante à da amilopectina, mas com mais ramificações. Nas células, o glicogénio forma grânulos relativamente idênticos, mas de dimensões variáveis.

A celulose é um dos componentes orgânicos mais abundantes. Este estatuto deve-se ao facto de ser o componente principal da parede das células vegetais. A celulose é constituída por cadeias muito longas, formadas por moléculas de D-glucose, unidas por ligações glicosídicas ß-1,4., mas também por pontes de hidrogénio (entre o grupo hidroxilo do C(6) de uma glucose e o grupo hidroxilo do C(2) do resíduo da glucose anterior. Estas cadeias associam-se, lado a lado, através de pontes de hidrogénio e ligações de van der Waals, formando microfibrilhas. As microfibrilhas associam-se, por sua vez, em feixes.

Celulose: disposição das moléculas de glucose, unidas por ligações glicosídicas(A);
as moléculas de glucose assumem a configuração em cadeira e estabelecem entre si pontes de hidrogénio(B)

Os lípidos constituem um grupo heterogéneo. Caracterizam por possuírem, na sua estrutura molecular, ácidos gordos com, pelo menos, 8 átomos de carbono. Na maioria dos casos, o ácido esterifica um álcool, o qual é, frequentemente, o glicerol. Noutros casos, os ácidos ligam-se a uma amina alcoólica.
Todavia, a característica essencial dos lípidos é a sua fraca, ou mesmo muito fraca solubilidade na água e a grande solubilidade nos solventes orgânicos, como o éter, a acetona, o álcool, o sulfureto de carbono, o tetracloreto de carbono.
Os lípidos desempenham funções biológicas de extrema importância, quer ao nível das estruturas (membranas celulares), quer como reserva energética, quer ainda, entre outras funções, como mensageiros (hormonas).

A grande heterogeneidade dos lípidos justifica a existência de diversas classificações. Uma delas, por ventura a mais simples, agrupa os lípidos, à partida, em três classes: lípidos simples, lípidos conjugadose lípidos derivados.

Os lípidos simples compreendem os glicéridos e as ceras. Os glícéridos são ésteres do glicerol e de ácidos gordos; são habitualmente designados por óleos ou gorduras, consoante se encontrem em estado líquido ou sólido, à temperatura ambiente. As ceras são igualmente ésteres, mas de mono-álcoois de elevado peso molecular.

Como foi dito, os glicéridos são ésteres do glicerol de ácidos gordos. Estes, podem ser saturados ou possuírem uma ou mais duplas ligações (insaturados).
Os ácidos gordos saturados obedecem à fórmula CH3 – (CH2)n – COOH, e possuem um número par de átomos de carbono. A estrutura mais simples é do tipo representado na figura seguinte, tendo em conta que os ângulos da valências são de 109º.

Os ácidos gordos são insolúveis na água em razão da maior parte da molécula, formada por CH2-, ser hidrofóbica, e somente o radical carboxílico ser hidrofílico.
O glicerol é um tri-álcool com três carbonos. É solúvel na água e insolúvel ou pouco solúvel nos solventes orgânicos.

Glicerol
Ao ser esterificado por ácidos gordos, o glicerol dá origem aos glicéridos. Os monoglicéridos podem ser formados a partir de um álcool primário (isómero ) ou de um álcool secundário (isómero ß).

Quando todos os álcoois estiverem esterificados, obtêm-se um triglicérido.

Triglicérido: dipalmitoesterarina (2 ácidos palmíticos e 1 ácido esteárico)

Lípidos conjugados
Contrariamente aos lípidos simples, os lípidos conjugados contêm na sua molécula, outras substâncias para além do álcool estrutural e dos ácidos gordos, como fosfato, bases azotadas, açúcares, etc. Os mais importantes no contexto da biologia da célula, são os glicerofosfolípidos, os esfingolípidos e os glicolípidos. Apenas focaremos os primeiros.
Os glicerofosfolípidos (vulgarmente referidos como fosfolípidos) são igualmente ésteres do glicerol, mas em que apenas dois radicais alcoólicos se encontram esterificados por ácidos gordos; o terceiro (sempre um álcool primário) está esterificado pelo ácido fosfórico. Além disso, possuem sempre uma base azotada ou um álcool esterificado a um dos oxidrilos do ácido fosfórico.

Glicerofosfolípido: a L-a-lecitina. A vermelho, assinala-se o glicerol original, esterificado pos dois ácidos gordos e pelo ácido fosfórico

Os fosfolípidos são os elementos constituintes da dupla camada lipídica das membranas celulares. R1 e R2 representam as duas cadeias alifáticas (hidrofóbicas), enquanto que o ácido fosfórico constitui o pólo hidrofílico (ver arquitectura molecular das membranas celulares).

Nesta classe encontram-se substâncias muito variadas, que possuem características dos lípidos, nomeadamente a insolubilidade na água e a solubilidade nos solventes orgânicos. Englobam-se aqui os ácidos gordos, os álcoois de elevado peso molecular, os hidrocarbonetos, as vitaminas D, E e K, os compostos isoprénicos e as prostaglandinas.
Os compostos isoprénicos constituem um importante grupo de compostos orgânicos presentes tanto em animais como nas plantas. Têm em comum o facto de resultarem da condensação de unidades de isopreno, um hidrocarboneto insaturado com 5 átomos de carbono Entre os compostos isoprénicos, merece-nos destaque, no contexto da biologia celular, o grupo dos esteroides, do qual fazem parte diversas hormonas (androgénios, estrogénios, etc) e o colesterol.

O colesterol é um importante elemento constituinte da membrana celular, ombreando com os fosfolípidos na dupla camada lipídica, dada a sua condição de molécula anfipática.

As proteínas são os constituintes mais essenciais dos organismos, desempenhando funções tão diversas como a de catalizadores das reacções orgânicas (os enzimas), de esqueleto de suporte das células e dos organismos, como a queratina, de reguladores da expressão dos genes ou ainda de transportadores de oxigénio, como a hemoglobina, etc.
As proteínas são bio-polímeros formadas essencialmente por aminoácidos ligados entre si, em sequência linear específica, através de ligações peptídicas. As proteínas apresentam estruturas tridimensionais, características. Estas são estabilizadas por ligações e interacções que se estabelecem não só entre elementos da própria cadeia como ainda com o meio circundante, de onde dependem as propriedades físico-químicas e a actividade biológica.
As proteínas são moléculas lábeis porque as suas estruturas podem, quer apresentar diferentes conformações alternativas, em função das interacções que estabelecem com o meio, quer sofrer alterações irreversíveis que as desnaturam.
Paralelamente ao estudo do genoma, cuja informação se expressa sob a forma de proteínas, tem prosseguido o esforço dos cientístas para identificar a estrutura das proteínas. Em 2002, 0 Prémio Nobel da Medicina recompensou o trabalho de três investigadores que consagraram uma parte da sua vida ao estudo das proteínas: o americano John Fenn, o japonês Hoichi Tanaka e o suiço Kurt Wüthrich.

As proteínas são constituídas por aminoácidos encadeados linearmente através de ligações peptídicas, segundo sequências absolutamente específicas.

Os aminoácidos que intervêm na composição das proteínas (existem outros) são número de 20 e obedecem à estrutura geral representada na figura seguinte.

O átomo de carbono alfa (C) encontra-se ligado por ligação covalente ao grupo amina (-NH2), ao grupo carboxilo (-COOH) e a um átomo de H. Esta sequência é comum a todos os aminoácidos proteicos. Diferem entre si pela composição da cadeia lateral (R), (Quadro)
A assimetria (quirilidade) do carbono C confere aos aminoácidos actividade óptica (só na glicina, que apresenta dois H ligados ao C, não existe carbono assimétrico), reconhecendo-se assim, para cada aminoácido, dois isómeros, D (dextro-rotatório) e L.(levo-rotatório). Por convenção, a configuração é definida pela posição do grupo -NH2 relativamente ao C. Os aminoácidos que intervêm na composição das proteínas têm todos configuração L. Conhecem-se todavia, alguns D-aminoácidos com actividade biológica.

Os aminoácidos são designados pelas primeiras três letras do seu nome em inglês, com excepção de quatro deles, a Glutamina (Gln), a Asparagina (Asn), a Isoleucina (Ile) e o Triptofano (Trp), conforme se representa no Quadro seguinte.

A ligação entre aminoácidos consecutivos – ligação peptídica – é formada por eliminação de uma molécula de água entre o grupo –OH do carboxilo de um aminoácido e um H do grupo amina do aminoácido seguinte:
.

Ligação peptídica

Uma cadeia de dois ou mais aminoácidos unidos por ligações peptídicas é designada por cadeia peptídica ou polipeptídica. Nestas, com excepção dos aminoácidos extremos, todos os outros perderam um -OH e um H, pelo que, o que deles resta é designado por resíduo.

As proteínas agrupam-se em duas categorias principais: as proteínas fibrosas e as proteínas globulares.
As proteínas globulares são mais ou menos esféricas. São geralmente solúveis nos solventes aquosos e os seus pesos moleculares situam-se entre 10.000 e vários milhões. Nesta categoria situam-se as proteínas activas como os enzimas, transportadores como a hemoglobina, etc.
Na sua maioria, as proteínas fibrosas são insolúveis nos solventes aquosos e possuem pesos moleculares muito elevados. São formadas geralmente por longas moléculas mais ou menos rectilíneas e paralelas ao eixo da fibra. A esta categoria pertencem as proteínas de estrutura, como colagénio do tecido conjuntivo, as queratinas dos cabelos, as esclerotinas do tegumento dos artrópodes, a conchiolina das conchas dos moluscos, ou ainda a fribrina do soro sanguíneo ou a miosina dos músculos. Algumas proteínas fibrosas, porém, possuem uma estrutura diferente, como as tubulinas, que são formadas por múltiplas subunidades globulares dispostas helicoidalmente.

Noutra perspectiva, as proteínas podem ser classificadas em simples e conjugadas. As proteínas simples, quando hidrolisadas, só libertam aminoácidos. Pelo contrário, as proteínas conjugadas são formadas por uma parte polipeptídica (apoproteína) e por outra de natureza não proteica (grupo prostético) .

Proteína	Grupo prostético
Glicoproteínas	Glúcidos
Lipoproteínas	Lípidos: Ácidos gordos Colesterol Triglicéridos Fosfolípidos
Nucleoproteínas	Ácidos nucleicos
Hemeproteínas	Heme
Metaloproteínas	Fe, Cu, Mn, Mo, Zn

Designa-se por estrutura primária, a sequência dos aminoácidos constituintes da cadeia ou das cadeias polipeptídicas de uma proteína.
Essa sequência, como se sabe, é determinada geneticamente, por ser a expressão da informação consubstanciada pela sequência de nucleótidos de um gene do DNA.
A partir de que dimensão, uma cadeia polipeptídica poderá ser considerada como uma proteína? O limite é puramente convencional. Habitualmente considera-se que a partir de 80 a 100 resíduos, se trata de uma proteína. Contudo, a verdadeira diferença reside na função biológica.

As ligações covalentes do C, quer com o grupo amina, quer com o grupo carboxilo, são susceptíveis de sofrer rotações, conferindo deste modo às cadeias polipeptídicas grande “liberdade” para adquirirem conformações tridimensionais variadas. Contudo, dada a espontaneidade com que se estabelecem pontes de hidrogénio entre o oxigénio do carnonilo de algumas ligações peptídicas e o hidrogénio do grupo amina de outras ligações, a referida variedade tende a estabilizar-se nos dois modelos de estrutura tridimensional, mais frequentes: a hélice  e a folha pregueada .
A hélice a forma-se quando as rotações se operam no mesmo sentido; a folha pregueada , quando as rotações têm, alternadamente, sinal contrário.

Hélice  ou Hélice de Pauling: este modelo de estrutura secundária, identificado por Pauling e Corey em 1951, apresenta um passo de 5,4Å, possui 3,6 resíduos de aminoácidos por espira. As cadeias laterais (R) dos resíduos projectam-se para fora da hélice e não interferem na sua formação. Das duas versões possíveis, esquerda e direita, a mais estável é a segunda (enrolamento no sentido dos ponteiros do relógio).
Folhas pregueadas b(propostas igualmente por Pauling): consoante as cadeias se disponham no mesmo sentido (A) ou em sentidos opostos (B), assim se designam por paralelas ou antiparalelas.

As hélices a de comprimento inferior a 40Å predominam nas proteínas globulares (mioblobina, hemoglobina, calmodulina), enquanto que as de comprimento igual ou superior a 1000 Å, é comum em proteínas fibrosas com propriedades elásticas, como o colagénio ou a -queratina.
A folha pregueada é a estrutura secundária típica de proteínas fibrosas, flexíveis mas pouco elásticas, como as fibras de seda ou a -queratina do cabelo e da lã.
Finalmente importa referir que certas proteínas apresentam estruturas secundárias mistas, nas quais alguns segmentos em hélice alternam com outros em folha pregueada.

A estrutura terciária é uma conformação tridimensional, que resulta, por um lado, de ligações que se estabelecem entre as cadeias laterais dos resíduos, e, por outro, da interacção dessas cadeias com o meio aquoso. Dessas interacções resulta uma estrutura termodinamicamente estável e que é responsável pela actividade biológica das proteínas.
As ligações entre cadeias laterais dos resíduos são, com excepção das pontes bissulfureto, de natureza não covalente; por conseguinte, energeticamente fracas. A interacção com o meio envolvente, naturalmente aquoso, condiciona, por sua vez, a disposição das cadeias laterais dos resíduos, pois as hidrofóbicas tenderão a recolher-se no interior da estrutura e as hidrofílicas a exporem-se à sua superfície.

Alguns tipos de ligações não covalentes e covalentes que determinam a estrutura terciária de uma proteína: a) interacção iónicas; b) ponte de hidrogénio ; c) forças de Van der Waals; d) ponte de bissulfureto; e) interacções de grupos polares com a água.

A estrutura quaternária decorre da associação de várias subunidades, iguais ou diferentes, através de ligações não covalentes. Trata-se do nível superior de complexidade que se pode encontrar na estrutura proteica, realizável tanto em proteínas globulares (hemoglobina) como em proteínas fibrosas (colagénio).
As proteínas com estrutura quaternária e formadas por um pequeno número de subunidades, denominam-se oligoméricase as subunidades polipeptídicas, designam-se por protómeros. Algumas porém, são formadas por um grande número de subunidades (tubulina, por ex.) e designam-se então por poliméricas.
A hemoglobina tem a função específica de transporte de oxigénio molecular. É constituída por quatro cadeias polipeptídicas, duas  (com 141 resíduos, cada)e duas  (com 146 resíduos, cada).
O colagénio desempenha uma função esquelética nos vertebrados, intervindo essencialmente na constituição dos ossos e cartilagens. A sua molécula é constituída por três hélices a imbricadas como uma trança.

Para que uma reacção ocorra espontaneamente, é condição necessária, mas não suficiente, que a variação de energia livre seja negativa ( G< 0). Por exemplo, a gasolina possui um G de oxidação muito negativo; todavia mantém-se estável em presença do ar. Para reagirem, a maior parte das moléculas precisam de ser activadas. No caso da gasolina, a chama de um simples fósforo fornece a energia de activação necessária. De um modo geral, a energia térmica acelera as reacções, aumentando a agitação molecular e, consequentemente, a frequência de colisões entre as moléculas reagentes.
Uma via alternativa para acelerar uma reacção, consiste em fazer baixar a energia de activação necessária. Essa é, genericamente, a função dos catalisadores.
Na biosfera, porém, as reacções não podem efectuar-se a temperaturas elevadas e a maior parte delas exige a intervenção de catalisadores orgânicos, designados por enzimas. Contrariamente aos outros catalisadores, os enzimas são altamente específicos dos substratos e das reacções em que estes intervêm.

Os enzimas são proteínas globulares, geralmente conjugadas. Nestes casos, as substâncias associadas aos enzimas recebem designações diferentes, consoante as funções que desempenham no processo catalítico: coenzima, cofactor ou grupo prostético.
Os coenzimas são substratos particulares que, como tal, se transformam no decurso da reacção. Geralmente são transportadores de radicais. Por exemplo, o NAD+ é um coenzima associado a muitas desidrogenases, transformando-se em NADH durante o processo catalítico, por captação de dois electrões e de um protão (ver glicólise, por exemplo).
Grupos prostéticos e cofactores são termos empregues para designar substâncias não proteicas que se ligam à componente proteica (apoenzima), de forma mais ou menos firme, e participam activamente ao nível dos centros activos dos enzimas, quer na formação do complexo ES, quer na catálise propriamente dita. Como exemplos, podem referir-se diversos iões metálicos. Os enzimas que contêm iões metálicos como grupos prostéticos, designam-se por metalo-enzimas.

A acção enzimática é altamente específica do substrato e da reacção em que este intervém, isto é, a uma determinada reacção em que intervém um substrato, corresponde um enzima particular.
Tal significa que as enzimas actuam:
a)  sem se encontrarem alteradas no final da reacção;
b)   sem modificarem as condições termodinâmicas de uma determinada reacção (uma reacção que seria termodinamicamente inviável, não passará a poder realizar-se por acção de enzimas);
c)   sobre a cinética das reacções, incrementando enormemente a velocidade, o que poderá tornar possíveis, reacções que, de outro modo e à temperatura dos seres vivos, seriam tão lentas que, para efeitos práticos, não chegariam a ter lugar;
d)  especificamente sobre o binómio substrato/reacção: o mesmo substrato, podendo ser objecto de várias reacções, cada uma será catalizada pela sua própria enzima.

O mecanismo da catálise enzimática, na sua expressão mais simples, compreende a formação de um complexo enzima-substrato, ES, altamente específico. A especificidade enzimática levou Fisher (em 1894) a enunciar o princípio segundo o qual a enzima está para o substrato, como a chave está para a fechadura.

S + E --> ES --> E + P
em que E representa a enzima, S, o substrato e P o produto da reacção

Para que tal suceda, as moléculas de substrato fixam-se em locais específicos da componente proteica do enzima, os centros activos, por intermédio de ligações lábeis. Os centros activos compreendem regiões responsáveis pela ligação ao substrato, sítio de fixação, e regiões que catalisam a reacção. Só um pequeno número de aminoácidos constitui o centro activo. Uns serão responsáveis pela fixação do substrato (aminoácidos de ligação); outros, pela transformação do substrato (aminoácidos catalíticos).
A especificidade do enzima resulta assim, em definitivo, da conjugação de diversos factores, designadamente da complementaridade da configuração do centro activo relativamente à molécula do substrato, mas também do lote dos aminoácidos que compõem o centro activo, e da sua disposição relativa. Portanto, as características dos centros activos conferem-lhes a capacidade de descriminar entre compostos com configurações moleculares semelhantes.
Os enzimas podem possuir um ou mais centros activos em cada molécula.
No modelo “chave e fechadura” de Fisher, a molécula enzimática seria estática. Sabe-se contudo hoje que assim não é e que a função enzimática tira proveito, na maioria dos casos, das propriedades de flexibilidade da estrutura proteica. Koshland é um dos responsáveis pelo modelo “encaixe induzido”, o qual pressupõe que
a)     importantes alterações na estrutura das moléculas de enzimas podem ser induzidas por ligação a pequenas moléculas;
b)     a função catalítica está dependente de uma exacta orientação dos grupos catalíticos do centro activo;
c)      os substratos são capazes de induzir essa orientação, enquanto que os não-substratos são incapazes.

Duas situações diferentes, que se verificam em enzimas poliméricos (com estrutura quaternária) ilustram o modelo de Koshland: os efeitos cooperativo e alostérico.
Para simplificar, tomemos como exemplo, um enzima dimérico: constituído por dois monómeros idênticos, cada um detentor de um centro activo. Pode acontecer que os monómeros se comportem independentemente um do outro, não se influenciando mutuamente. Sucede, todavia, com frequência, que a ligação de uma molécula de substrato a um dos centros activos, induz uma alteração estrutural não apenas local, mas que se transmite também ao outro monómero, nele produzindo uma alteração da configuração do centro activo que o torna mais favorável à fixação do substrato. Deste modo a fixação de uma primeira molécula de substrato facilita a fixação da segunda. Este fenómeno designa-se por efeito cooperativo.

Em diversos outros casos, os enzimas são susceptíveis de assumir configurações alternativas, activas e inactivas, consoante se encontrem ligados, ou não, a uma pequena molécula. Este fenómeno, que se designa por efeito alostérico, desempenha um papel fundamental na regulação da actividade enzimática. As pequenas moléculas referidas funcionam como inibidores (I) ou como activadores (A) alostéricos, e os seus centros de fixação encontram-se localizados em regiões distintas da molécula proteica.