Moléculas biológicas

Seress vivos são construídos a partir de quatro tipos principais de molécula 分子 grandes: carboidratos 碳水化合物, lipídios 脂质, proteínas 蛋白质 e ácidos nucleicos 核酸. Você pode usar testes químicos simples para descobrir quais tipos estão presentes em uma amostra.

Teste semi-quantitativo de Benedict

O teste normal de Benedict só diz "sim ou não". Um teste semi-quantitativo 半定量 dá uma quantidade aproximada. Primeiro você padroniza 标准化 o teste: realiza-o em soluções de concentração 浓度 conhecidas e registra o resultado para cada uma. Então você pode estimar uma desconhecida através de:

• o tempo até a primeira mudança de cor (mais açúcar muda de cor mais rápido), ou
• comparando a cor final com seu conjunto de padrões de cores.

Testando açúcares não redutores

Alguns açúcares, como a sacarose, são açúcar não redutor 非还原糖: eles dão um teste de Benedict negativo. Para detectá-los:

1. Faça um teste de Benedict normal. Permanece azul (sem açúcar redutor).
2. Pegue uma amostra fresca e adicione ácido clorídrico diluído 盐酸, depois aqueça. Essa hidrólise ácida quebra o açúcar em açúcares redutores menores.
3. Resfrie, depois neutralize 中和 o ácido com bicarbonato de sódio.
4. Agora faça o teste de Benedict novamente. Uma cor vermelha-tijolo indica que havia um açúcar não redutor presente.

Exemplo resolvido. Uma solução apresenta teste de Benedict negativo. Em seguida, é fervida com ácido clorídrico diluído, neutralizada com bicarbonato de sódio e retestada com Benedict — agora torna-se vermelho-tijolo. O que estava presente e por que cada etapa é necessária? O primeiro resultado negativo exclui um açúcar redutor. Ferver com ácido hidrolisa a ligação glicosídica, quebrando um açúcar não-redutor como sacarose em seus monossacarídeos redutores. A etapa de neutralização é essencial porque o teste de Benedict só funciona em condições alcalinas — pular essa etapa faz o teste falhar mesmo quando o açúcar está presente. Portanto, o teste positivo subsequente indica que havia um açúcar não-redutor desde o início. Cite o primeiro teste negativo na resposta: sem ele, a cor vermelha final não consegue distinguir um açúcar não-redutor de um redutor.

Monômeros, polímeros e macromoléculas

• um monômero 单体 é uma molécula pequena que constitui uma unidade individual.
• um polímero 聚合物 é uma molécula longa composta por muitos monômeros ligados entre si.
• uma macromolécula 大分子 é qualquer molécula muito grande.

Os açúcares vêm em três tamanhos:

• um monossacarídeo 单糖 é uma unidade única de açúcar, como glicose 葡萄糖 e frutose.
• um dissacarídeo 二糖 são duas unidades ligadas, como maltose e sacarose.
• um polissacarídeo 多糖 são muitas unidades ligadas formando um polímero.

Glicose, frutose 果糖 e maltose 麦芽糖 são açúcares redutores. Sacarose 蔗糖 é um açúcar não-redutor.

Duas formas de anel da glicose

A glicose possui seis átomos de carbono e forma um anel. Existem duas formas de anel. Diferem apenas no carbono 1:

• nenhuma α-glicose, o grupo –OH no carbono 1 aponta para baixo, abaixo do anel.
• nenhuma β-glicose, o grupo –OH no carbono 1 aponta para cima, acima do anel.

Essa pequena diferença determina qual polissacarídeo a glicose pode formar.

Ligando e quebrando açúcares

Os monômeros são unidos por fortes ligações covalentes 共价键. Quando dois açúcares se ligam, forma-se uma ligação glicosídica 糖苷键 entre eles. Isso ocorre por condensação 缩合: uma molécula de água é removida sempre que uma ligação se forma.

O processo inverso é hidrólise 水解: uma molécula de água é adicionada para quebrar uma ligação glicosídica. É por isso que o teste de açúcar não-redutor precisa de ácido e calor — eles hidrolisam a sacarose em glicose e frutose.

Polissacarídeos de armazenamento: amido e glicogênio

Amido é o depósito de energia 能量 em plantas. É composto por dois polímeros de α-glicose:

• amilose 直链淀粉 — uma cadeia longa e não ramificada que se enrola em espiral.
• amilopectina 支链淀粉 — uma cadeia com muitas ramificações laterais.

Glicogênio 糖原是动物体内的储能物质。它像淀粉一样由α-葡萄糖组成，但分支更多，因此当需要能量时可以迅速分解。

Esses depósitos são ideais para sua função: são compactos, são insolúveis 不溶 (portanto não saem da célula) e não alteram o potencial hídrico 水势 da célula (portanto não atraem água por osmose 渗透). As muitas ramificações fornecem muitas extremidades, permitindo que a glicose seja adicionada ou removida rapidamente.

Celulose

Celulose 纤维素由β-葡萄糖组成。由于β构型，每隔一个葡萄糖分子就会翻转方向，使链呈长而直的形态。许多直链并排排列，通过氢键 氢键连接成称为微纤丝 微纤丝的强韧束状结构。这些结构赋予植物细胞壁 细胞壁强度，防止细胞破裂。

Triglicerídeos

Um triglicerídeo 甘油三酯 é a principal gordura ou óleo. É apolar 非极性 e hidrofóbico 疏水 (não se mistura com água). É formado por uma molécula de glicerol 甘油 ligada a três ácidos graxos 脂肪酸 através de ligações éster 酯键. Cada ligação éster forma-se por condensação, sendo removidas três moléculas de água.

Os ácidos graxos são de dois tipos:

• saturados 饱和 — sem ligações duplas 双键 carbono-carbono; essas gorduras geralmente são sólidas.
• insaturados 不饱和 — uma ou mais ligações duplas; esses óleos geralmente são líquidos.

Triglicerídeos constituem um bom depósito de energia de longo prazo: liberam cerca de duas vezes mais energia por grama que carboidratos, são insolúveis e armazenam pouca massa extra porque não retêm água. Sob a pele também fornecem isolamento térmico 隔热 e protegem os órgãos.

Fosfolipídios

Um fosfolipídio 磷脂 é como um triglicerídeo, mas um ácido graxo é substituído por um grupo fosfato 磷酸. Isso confere à molécula duas extremidades com comportamento diferente:

• uma cabeça polar 极性 hidrofílica 亲水 (
• duas caudas hidrofóbicas (

Esse caráter dual é por que fosfolipídios formam as membranas ao redor das células.

Aminoácidos e a ligação peptídica

Proteínas são polímeros de aminoácidos 氨基酸. Todo aminoácido possui a mesma estrutura geral em torno de um átomo de carbono central: um grupo amino 氨基 (–NH₂), um grupo carboxila 羧基 (–COOH), um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral 侧链 variável (o grupo R). O grupo R é diferente em cada aminoácido.

Dois aminoácidos ligam-se por condensação. A ligação formada entre o grupo amino de um e o grupo carboxila do próximo é uma ligação peptídica 肽键, sendo removida uma molécula de água. Muitos aminoácidos ligados assim formam um polipeptídeo 多肽. Adicionar água (hidrólise) quebra uma ligação peptídica.

Quatro níveis de estrutura proteica

*Os quatro níveis: estrutura primária → secundária → terciária → quaternária

A forma dobrada é mantida por quatro tipos de interação entre os grupos R:

• interações hidrofóbicas 疏水作用 (grupos R apolares agrupam-se longe da água).
• ligações de hidrogênio.
• ligações iônicas 离子键 (entre grupos R carregados).
• ligações covalentes, incluindo fortes ligações dissulfeto 二硫键。

Proteínas globulares e fibrosas

• proteínas globulares 球状蛋白质 dobram-se em formato arredondado, geralmente são solúveis 可溶 e desempenham funções no corpo (por exemplo, enzimas e hemoglobina).
• proteínas fibrosas 纤维状蛋白质 formam longos filamentos, geralmente são insolúveis e fornecem estrutura e suporte (por exemplo, colágeno).

Hemoglobina — uma proteína globular

Hemoglobina 血红蛋白在红细胞中携带氧气 氧气。它具有由四条多肽链组成的四级结构：两条α（α-珠蛋白）链和两条β（β-珠蛋白）链。每条链含有一个血红素 血红素基团。每个血红素中心有一个铁 铁原子，这是结合一个氧分子的位置。四条链意味着一个血红蛋白分子可以携带四个氧分子。

Colágeno — uma proteína fibrosa

Colagénio 胶原蛋白 dá resistência à pele, tendões 肌腱, ossos e paredes dos vasos sanguíneos. Uma molécula de colagénio consiste em três cadeias polipeptídicas enroladas firmemente umas às outras numa fita tripla, mantidas por ligações de hidrogénio. Muitas destas moléculas estão lado a lado, ligeiramente escalonadas, e são ligadas transversalmente em fibras 纤维. O arranjo escalonado e ligado transversalmente torna o colagénio muito forte quando puxado.

A água é uma molécula pequena, mas suas duas ligações O–H são polares: a extremidade do oxigênio é levemente negativa e as extremidades de hidrogênio são levemente positivas. Assim, uma molécula de água atrai suas vizinhas, formando ligações de hidrogênio fracas entre elas. Essas ligações de hidrogênio explicam as propriedades úteis da água:

• ação de solvente — a água é um bom solvente 溶剂, então muitas substâncias se dissolvem nela. Isso permite que reações ocorram e que substâncias sejam transportadas pelo corpo.
• alta capacidade calorífica específica 比热容 — a água precisa de muita energia para aquecer, então sua temperatura permanece estável. Isso protege os seres vivos de mudanças rápidas de temperatura.
• calor latente de vaporização 汽化潜热 — a água precisa de muita energia para evaporar 蒸发. Então, quando a água evapora (por exemplo, ao secar o suor), ela remove muito calor e resfria o corpo.

• Aprenda cada teste alimentar como reagente + resultado positivo + mudança de cor (Benedict → vermelho tijolo; iodo → azul-preto; biuret → roxo; emulsão → branco).
• Benedict detecta açúcares redutores; para um açúcar não redutor, você deve hidrolisar com ácido primeiro, depois testar novamente.
• Nomeie a ligação precisamente: glicosídica (carboidratos), éster (lipídios), peptídica (proteínas) — todas formadas por condensação (remoção de água).
• Vincule estrutura à função: celulose (cadeias retas, ligações H → forte), glicogênio/amido (ramificado/enrolado → armazenamento compacto).
• Para proteínas, nomeie a ligação em cada nível: primária (peptídica), secundária (ligação de hidrogênio), terciária (interações do grupo R), quaternária.