INTRODUÇÃO

A célula é a unidade básica da constituição da matéria viva e constitui um sistema activo e dinâmico. No entanto, é fundamental para a manutenção da vida que características como por exemplo, a sua composição química, permaneçam inalteradas. Para que a matéria viva esteja em equilíbrio é fundamental que o mesmo aconteça com o meio onde se encontra.

A matéria viva, em toda a sua diversidade, é constituída por moléculas que, devido à sua composição e organização, se distinguem, quer quantitativa como qualitativamente, daquelas que são próprias do mundo não biológico. Dos 105 elementos conhecidos, apenas 22 são componentes essenciais dos seres vivos e, destes, apenas 16 se encontram presentes em todas as espécies. Estas moléculas podem atingir níveis de complexidade extremamente elevados e a proporção em que os elementos se combinam nos seres vivos é muito diferente da verificada na matéria inerte. Todos os seres vivos apresentam na sua constituição molecular carbono. Outros elementos químicos como o oxigénio, o hidrogénio e o azoto encontram-se a ele associados.

Os alimentos são essencialmente constituídos por matéria orgânica e porque são materiais acessíveis e bem conhecidos de todos, usam-se muitas vezes como amostras em trabalhos experimentais para o estudo prático dos constituintes químicos da matéria viva. Por outro lado, os resultados práticos destas investigações realizadas em alimentos, fornecem informações sobre o seu valor nutricional. A composição química dos alimentos, que é quase tão vasta quanto a da matéria viva em geral, é relativamente fácil de determinar. Quanto à proporção dos vários componentes em cada alimento, refeição ou dieta, existem métodos correntes de análise, que permitem pesquisar a presença de cada grupo e até fazer a sua determinação quantitativa.

Conforme a ordem de grandeza das quantidades em que os alimentos aparecem e das quantidades necessárias à nutrição humana, poder-se-á dizer que os alimentos são constituídos por substâncias químicas que se agrupam em duas categorias: os macronutrientes, que são as proteínas, os lípidos, os glícidos, a água e alguns minerais; os micronutrientes, que aparecem em quantidades vestigiais, e são, muitos minerais, as vitaminas e outros componentes diversos (ureia, ácidos orgânicos, nucleótidos, etc). Por outro lado, entre os alimentos e matérias-primas alimentares mais comuns, apenas são de natureza inorgânica a água e o sal, enquanto todos os outros (compostos orgânicos) têm origem em animais, ou em plantas, ou, ainda, em materiais por eles produzidos (leite, mel, ovos) ou deles extraídos (açúcar, óleos). É daqui que vem a principal classificação entre os compostos químicos da matéria viva, que se divide em dois grupos: os compostos orgânicos e os inorgânicos.

COMPOSTOS INORGÂNICOS

Os compostos inorgânicos são de origem mineral e derivam basicamente do meio físico externo. Não possuem estruturas baseadas em cadeias de carbono e têm uma estrutura molecular muito simples.

O estudo dos componentes minerais de materiais biológicos exige geralmente a destruição total da matéria orgânica e realiza-se tomando como amostra o resíduo mineral que resulta dessa destruição. A destruição orgânicas faz-se por dois processos que se utilizam em alternativa: a incineração ou queima, a altas temperaturas, e o ataque químico, com ácidos ou bases concentrados. Existem métodos instrumentais modernos capazes de medir, com precisão, quantidades muito reduzidas (vestigiais) dos vários minerais em materiais biológicos; estes métodos, usam tecnologia sofisticada e a sua aplicação é ainda muito dispendiosa (poder-se-á encontrá-los, por exemplo, nos grandes laboratórios de análises clínicas).

O principal composto inorgânico da matéria viva é a água. Quer no estado líquido, sólido ou gasoso, a água está presente em todo o lado, ou quase. Constituída por hidrogénio e oxigénio (H₂O), a água é, na realidade, um poderoso agente cujo papel, determinante no aparecimento da vida, é sempre essencial à sua manutenção. Sem água a vida não é possível. A sua estrutura química e a capacidade de se formarem ligações entre várias moléculas de água vizinhas, fazem com que tenha um ponto de ebulição consideravelmente elevado, para uma molécula tão pequena (100 ºC). Esta propriedade permite identificar a sua presença e o seu desaparecimento por evaporação numa amostra e é uma técnica correntemente usada para a quantificar nos materiais em estudo. A água é o constituinte mais abundante na constituição dos seres vivos. Constitui 60 a 90% do peso da maior parte dos seres vivos e é o meio fundamental intra e extracelular onde ocorre toda a actividade biológica. A água tem um grande poder solvente e tem a capacidade da ionização.

A capacidade de ficar azul na presença da água, faz do sulfato de cobre anidro um bom indicador para o composto mais abundante na vida. Indicador é uma substância química que muda de cor na presença de outra substância química. Os restantes compostos inorgânicos, ainda que presentes em quantidades muito pequenas nas células, não deixam por isso de desempenhar um papel de extrema importância na matéria viva.

Os sais minerais encontram-se nas células sob a forma de iões dissolvidos no meio celular ou ligado a moléculas específicas. Os sais minerais têm uma função reguladora e estrutural e são os elementos principais do esqueleto. Para identificar os sais minerais contidos num fragmento do organismo é necessário queimá-lo e, em seguida, analisar as cinzas formadas pela parte não combustível - constituintes minerais. A concentração de iões dissolvidos vai desempenhar um papel importante no movimento da água através da membrana celular. Os iões encontram-se frequentemente associados a moléculas biológicas. É o caso do ião ferro (Fe²⁺) que entra na constituição de inúmeras proteínas, como a hemoglobina e os citocromos. Na clorofila é o ião magnésio (Mg²⁺) que surge como um dos seus constituintes. Na constituição de moléculas, como fosfolípidos e os ácidos nucleicos, o ião fosfato (PO₄^3- ou H₂PO^4-) desempenha um papel de grande importância. O cloro (Cl^-) é um constituinte do fluido celular e os cloretos formam um precipitado branco de cloreto de prata em presença do nitrato de prata. Este precipitado escurece em presença de luz. O potássio (K⁺) é um constituinte do fluido intracelular (transmissão do impulso nervoso) e forma um precipitado amarelo de pícrato de potássio em presença do ácido pícrico concentrado. Este precipitado forma agulhas amarelas. O cálcio (Ca²⁺) encontra-se no esqueleto, dentes e plasma (transmissão nervosa e coagulação do sangue) e forma um precipitado branco de oxalato de cálcio quando em presença do oxalato de amónio. Os sulfatos (SO₄²⁺) que se encontram com outros iões, formam um precipitado branco de sulfato de bário, em presença do cloreto de bário. Este precipitado é insolúvel em ácido clorídrico. O flúor encontra-se no esmalte dos dentes. O iodo é um constituinte das hormonas da tiróide (crescimento). O magnésio é um constituinte do fluido intercelular (acção enzimática). O sódio é um constituinte do fluido intersticial e da linfa (transmissão de impulsos nervosos).

São diversos os gases que se encontram no meio intracelular, quer vindos do meio extracelular, quer produzido pelas próprias células. Os mais importantes são o oxigénio, o azoto e o dióxido de carbono.

COMPOSTOS ORGÂNICOS

Os compostos orgânicos estão presentes em todas as células, caracterizando a matéria viva, mas não fazem parte do ambiente físico. Por esta razão, as moléculas destes compostos são também designados por biomoléculas. Na sua composição, é o átomo de carbono que verdadeiramente condiciona as características estruturais e funcionais destas moléculas.

Todos os compostos de estrutura complexa também chamados de macromoléculas, como os polissacarídeos, as proteínas e os ácidos nucleicos são construídos nas células a partir de moléculas mais simples, as moléculas precursoras, de que são exemplo os aminoácidos, os nucleótipos e as oses. Estas últimas são por sua vez, constituídas por elementos retirados do meio ambiente - os átomos - predominando o carbono (C), o oxigénio (O), o hidrogénio (H) e o azoto (N), aos quais se juntam em menor proporção outros elementos, como o cálcio (Ca), o fósforo (P), o potássio (K), o enxofre (S), o sódio (Na) e o magnésio (Mg).

O processo de síntese das macromoléculas a partir de moléculas precursoras, denomina-se de polimerização - ligação de moléculas do mesmo tipo em longas cadeias através de ligações também elas todas do mesmo tipo. Uma molécula precursora simples, seja ela a glucose, um aminoácido ou qualquer outra, que se liga repetidamente como unidade de polimerização, designa-se por monómero. Ao conjunto de vários monómeros, ligados entre si, chama-se polímero. Por hidrólise (processo de ruptura de ligações covalentes entre moléculas em que a água intervém como reagente) é possível dissociar um polímero e obter o conjunto dos seus monómeros constituintes.

Existe uma grande variedade de substâncias orgânicas, pertencentes, na generalidade, a quatro grandes grupos: os glícidos, glicídeos ou hidratos de carbono; os lípidos ou lipídeos; os prótidos ou protídeos; e os ácidos nucleicos.

Os glícidos são compostos por carbono, oxigénio e hidrogénio, razão pela qual são designados por compostos ternários. São moléculas de dimensões variadas, solúveis na água e que são frequentemente denominadas de açúcares. Constituem a fonte de energia mais abundante para o metabolismo celular podendo desempenhar também uma função estrutural. Encontram-se largamente distribuídos nos organismos animais e vegetais. Nos glícidos, o hidrogénio e o oxigénio encontram-se geralmente combinados na mesma proporção da molécula da água (2 átomos de hidrogénio para 1 de oxigénio - H₂O), pelo que são também chamados de hidratos de carbono. A fórmula empírica dos glícidos é (CH₂O)_n (em que n é um número inteiro maior ou igual a 3).

Os glícidos encontram-se por vezes ligados a lípidos ou a proteínas, designando-se nesses casos, respectivamente, por glicolípidos e glicoproteínas. As glicoproteínas encontram-se em vários tecidos animais e desempenham funções variadas como, por exemplo, enzimáticas e imunológicas. Os glicolípidos são constituintes essenciais das membranas celulares.

Os glícidos podem classificar-se em três grupos principais, consoante a sua complexidade: monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

Os monossacarídeos, também designados por oses, são os glícidos mais simples, base de constituição dos restantes. Possuem, de uma forma geral, a seguinte fórmula empírica: CnH2On, em que n varia geralmente de 3 a 7. Estes açúcares apresentam-se como sólidos cristalinos, de cor branca, solúveis na água, redutores, de sabor doce, não hidrolizáveis e com moléculas pequenas.

O carácter redutor destas moléculas deve-se ao facto do esqueleto de carbono possuir em todos os átomos de carbono um grupo de hidróxido (OH), excepto um, em que existe um grupo aldeídos (CHO) ou cetona (CO). Por este facto, os monossacarídeos podem também designar-se por aldoses ou cetoses, conforme o grupo químico que possuem.

São classificados, consoante o número de átomos que possuem, em:

- trioses (C₃) - possuem três átomos de carbono (são exemplos o gliceroaldeído e a dihidroxiacetona);
- tetroses (C₄) - possuem quatro átomos de carbono (são exemplos a eritrose e a eritrulose);
- pentoses (C₅) - possuem cinco átomos de carbono (são exemplos a desoxirribose, a ribose e ribulose);
- hexoses (C₆) - possuem seis átomos de carbono (são exemplos a glicose, a frutose e a galactose);
- heptoses (C₇) - possuem sete átomos de carbono (é exemplo a sedo-heptulose);

De todos os monossacarídeos, os mais comuns nos seres vivos são as hexoses e as pentoses. A glicose é o composto em C₆ mais comum da Natureza, e está relacionado com a respiração celular. A glicose, a frutose e a galactose são isómeros estruturais, isto é, têm a mesma fórmula química C₆H₁₂O₆, mas estrutura diferente. As pentoses mais frequentes nos seres vivos são a ribose e a desoxirribose. A diferença entre elas é que a desoxirribose possui menos um átomo de oxigénio no carbono 2, que a molécula de ribose.

A principal função dos monossacarídeos é o fornecimento de energia. Certos monossacarídeos têm função estrutural como, por exemplo, algumas pentoses constituintes dos ácidos nucleicos.

A maioria dos monossacarídeos caracteriza-se correntemente pela sua capacidade redutora (tem facilidade em perder electrões), que pode ser facilmente observado através da mudança de cor (viragem) de indicadores de oxidorredução, que são misturas coradas com a capacidade de apresentarem cores distintas, conforme estão no estado oxidado ou reduzido. O licor de Fehling é um desses indicadores de oxidorredução, onde, no estado oxidado, existe sulfato de cobre, que confere à mistura uma cor azul, no estado reduzido, o cobre separa-se e precipita na forma de iões Cu2+, que se vê à vista desarmada como um precipitado castanho. O teste de Fehling é muito usado para a detecção na presença de glícidos numa amostra. Contudo, esta pesquisa, porque se baseia na capacidade redutora dos monossacarídeos, não é absolutamente conclusiva, isto é, um resultado positivo deixa dúvidas quanto à natureza do poder redutor observado. Com características muito semelhantes ao teste de Fehling, também se utiliza muito frequentemente o teste de Benedict, que difere do primeiro pela composição do indicador usado.

Os monossacarídeos ligam-se entre si através de ligações glicosídicas, formando polímeros que podem ter desde duas a milhares de subunidades. Estes polímeros produzem monossacarídeos por hidrólise, e classificam-se em polissacarídeos e em oligossacarídeos, de acordo com o número de subunidades que contêm (poli - significa muito, oligo - significa pouco). Os oligossacarídeos resultam da ligação covalente de duas a dez moléculas de monossacarídeos. Esta ligação - ligação glicosídica - efectua-se quando dois grupos hidroxilos (OH), um de cada monossacarídeo, reagem, libertando-se uma molécula de água. São sólidos brancos, cristalinos, doces, solúveis na água, alguns são redutores (provém dos grupos aldeído ou cetona) e por hidrólise dão origem às duas moléculas dos monossacarídeos seus constituintes. De acordo com o número de monossacarídeos constituintes, os oligossacarídeos designam-se por: dissacarídeos, trissacarídeos, tetrassacarídeos, etc.

Os dissacarídeos são os mais frequentes, podendo destacar-se, de entre eles, a sacarose (da cana-de-açúcar e na beterraba açucareira), a lactose (no leite) e a maltose (na cevada). Uma molécula de sacarose resulta da ligação de uma molécula de glicose com outra de frutose por uma reacção de desidratação. Ao contrário da glicose e da frutose, monossacarídeos redutores, a sacarose não tem propriedades redutoras. No entanto é possível hidrolisar a sacarose com ácido clorídrico, desdobrando-a em glicose e frutose. Uma molécula de lactose resulta da ligação de uma molécula de glicose e de outra de galactose. Uma molécula de maltose resulta da ligação de duas moléculas de glicose.

Os glícidos mais importantes, abundantes e complexos (macromoléculas) são os polissacarídeos. São constituídos por numerosas unidades de monossacarídeos, a glicose normalmente. Designam-se por polímeros as moléculas que, como os polissacarídeos, são formadas por outras mais simples, monómeros, unidas pelo mesmo tipo de ligação química. A sua fórmula geral é (C₆H₁₀O₅)_n em que n representa o número de monómeros. Diferem dos outros glícidos por não serem hidrossulúveis, não cristalizarem, não serem doces e não serem redutores mas, como os oligossacarídeos, são hidrolisáveis.

Conforme a função que desempenham é usual classificarem-se em polissacarídeos de reserva e estruturais. Os polissacarídeos de reserva por terem função de reserva energética, como é o caso do amido (existente nas células vegetais) e do glicogénio (existente no fígado e músculos). Os polissacarídeos estruturais têm uma função estrutural, principalmente como elementos de suporte, como é o caso da celulose. e da quitina.

O amido é um pó branco, insolúvel em água fria; com a água quente forma uma solução chamada cozimento de amido.

Não é redutor. Geralmente tem dois tipos de componentes: a amilose e a amilopectina, polímeros de glicose. A amilose é a cadeia não ramificada, pois as ligações glicosídicas formam-se entre o carbono 1 de uma molécula e o carbono 4 da seguinte; pode conter 1000 moléculas de glicose. A amilopectina é uma cadeia ramificada, tendo cada ramificação 48 a 60 moléculas de glicose, unidas por ligações glicosídicas. Estas moléculas reúnem-se em camadas sucessivas, formando grãos de tamanho e formas variáveis. É muito abundante nos tecidos vegetais, especialmente em tecidos de reserva (amiloplastos). Cora de azul arroxead