Bioquímica: Água
1. Introdução Constitui 70% ou mais do peso dos seres vivos; Os primeiros ser vivos surgira, em meio aquoso; Permeia todas...
Interações fracas em sistemas aquosos   Ligações de hidrogênio     Forte forças coesivas;     Extremo ordenamento das     ...
Propriedades não usuais da águaPossui pontos de fusão e ebulição, calor de vaporização maiores queoutros líquidos, devido ...
O átomo de oxigênio possui hibridização sp3 Ângulo de ligação de 104,5°próximo do tedraedro (109,5° devido aos            ...
A água forma ligações de hidrogênio com            solutos polares  Algumas ligações de hidrogênio biologicamente importan...
A água interage eletrostaticamente com           solutos carregadosDissolve a maior parte das biomoléculas                ...
A água dissolve sais hidratando e estabilizando os íons formados   Ocorre uma aumento da entropia quando o sal é dissolvid...
Gases pouco polares são pouco solúveis em água                                             8
Compostos não polares forçam    alterações desfavoráveis     na estrutura da água Substâncias       anfipáticas   (fosfoli...
Interações fracas são cruciais para aEstrutura e função das macromoléculas   A soma de todas as interaçõesfracas   contrib...
Macromoléculas como as proteínas e DNA contém muitos sítios deligação de hidrogênio, iônicas e etc.  Para as macromolécula...
Para muitas proteínas a água ligada e fundamental a sua função.                     Cadeia de água no citocromo f.
Solutos afetam as propriedades coligativas            das soluções aquosas. Diminui a pressão de vapor; Diminui o ponto de...
OsmoseQuando duas soluções aquosas diferentes são separadas por uma membranasemipermeável (que permite a passagem das molé...
Soluções que apresentam a mesmaosmolaridade são chamadas deisotônicas. Rodeada por uma soluçãoisotônica, a célula nem perd...
Exemplo de Evento osmótico                             14
Ionização da água, ácidos e bases fracos            H2O(l) + H2O(l)            H3O+(aq) + OH-(aq)   Produto iônico da água...
Escala de pH         pH = − log[H3O+ ] = − log[H + ]           pOH = − log[OH - ]    Em água neutra a 25 °C, pH = pOH = 7,...
11. Equilíbrio de dissociação ácido-base Constantes de Dissociação O equilíbrio ácido-base mais comum ocorre em água.     ...
11. Equilíbrio de dissociação ácido-base• Constantes de DissociaçãoÁcido fraco: [HA] é considerável. Ka pequeno (dissociaç...
Equilíbrio de dissociação ácido-base:    Ácidos polipróticos:• Os prótons são removidos em etapas.H2SO4(aq)           H+(a...
Escala de pHA escala de pH é logarítmica:Para o pH variar em 1 unidadea concentração de H+ deve ser                       ...
O pH de alguns fluidos aquosos            NaOH 1M            Alvejante doméstico            Água do mar, clara de ovo     ...
Ácidos e bases fracos possuem constantes      de dissociação característicos                                           14
Curvas de titulação                      14
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Solução-tampão:São sistemas aquosos que tentem a resistir a alteração de pH,quando adicionado pequenas quantidades de ácid...
Solução-tampão: Capacidade do tampão Equação de Henderson Hasselbalch:            − log[H + ] = − log K − log [HX ]       ...
Tampões biológicos    Sistema tampão fosfato:      Atua no citoplasma e consiste dos íons H2PO4-e HPO42-    Resistente ent...
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  1. 1. Bioquímica: Água
  2. 2. 1. Introdução Constitui 70% ou mais do peso dos seres vivos; Os primeiros ser vivos surgira, em meio aquoso; Permeia todas as porções de todas as células; transporte de nutrientes e reações metabólicas; Todos os aspectos de estrutura celular e suas funçõessão adaptadas às propriedades físico-químicas da água; 1
  3. 3. Interações fracas em sistemas aquosos Ligações de hidrogênio Forte forças coesivas; Extremo ordenamento das moléculas; Moléculas polares dissolvem facilmente em águaMoléculas não-polar tentem a ficarem juntas em soluções aquosas 2
  4. 4. Propriedades não usuais da águaPossui pontos de fusão e ebulição, calor de vaporização maiores queoutros líquidos, devido a grande força de coesão entre as moléculasadjacentes.
  5. 5. O átomo de oxigênio possui hibridização sp3 Ângulo de ligação de 104,5°próximo do tedraedro (109,5° devido aos ),pares não-ligantes do oxigênio. A molécula apresenta dois dipolos elétricos,onde os oxigênio carga parcial negativa ecada átomo de hidrogênio com carga parcialpositiva. As pontes de hidrogênio são mais fracasque ligações covalentes; Cada molécula de água se une mediantepontes de Hidrogênio a 3 ou 4 moléculas .
  6. 6. A água forma ligações de hidrogênio com solutos polares Algumas ligações de hidrogênio biologicamente importantes. Entre bases complementares do DNA 5
  7. 7. A água interage eletrostaticamente com solutos carregadosDissolve a maior parte das biomoléculas 6
  8. 8. A água dissolve sais hidratando e estabilizando os íons formados Ocorre uma aumento da entropia quando o sal é dissolvido em água. G = H -T S
  9. 9. Gases pouco polares são pouco solúveis em água 8
  10. 10. Compostos não polares forçam alterações desfavoráveis na estrutura da água Substâncias anfipáticas (fosfolipídeos,proteínas, ácidos nucléicos) – A água formamicelas, interatuando com a porção hidrofílica erepelindo a porção hidrofóbica
  11. 11. Interações fracas são cruciais para aEstrutura e função das macromoléculas A soma de todas as interaçõesfracas contribuem para odecréscimo na energia livre dosistema. A dissociação de duas moléculasrequer a quebra de todas asinterações fracas ao mesmotempo.
  12. 12. Macromoléculas como as proteínas e DNA contém muitos sítios deligação de hidrogênio, iônicas e etc. Para as macromoléculas, a estrutura mais estável (nativa) é aquela emque as possibilidades de ligações fracas são maximilizadas. O enovelamento dos peptídeos e sua forma tridimensional, édeterminada por este principio.Estrutura cristalina da hemoglobina: (a) com moléculas de água ligada e (b) sem moléculas de água ligada
  13. 13. Para muitas proteínas a água ligada e fundamental a sua função. Cadeia de água no citocromo f.
  14. 14. Solutos afetam as propriedades coligativas das soluções aquosas. Diminui a pressão de vapor; Diminui o ponto de fusão; Aumenta o ponto de ebulição; Pressão osmótica. A concentração de água é menor nas soluções que na água pura 12
  15. 15. OsmoseQuando duas soluções aquosas diferentes são separadas por uma membranasemipermeável (que permite a passagem das moléculas de água, mas não asdo soluto), as moléculas de água se difundem da região de maior concentraçãode água para aquela de menor concentração, produzindo uma pressão osmótica.A osmose é o movimento da água através de uma membrana semipermeávelimpelido por diferenças na pressão osmótica, e é um fator importante na vidada maioria das células. Equação de Van’t Hoff: II = icRT
  16. 16. Soluções que apresentam a mesmaosmolaridade são chamadas deisotônicas. Rodeada por uma soluçãoisotônica, a célula nem perde nem ganhaágua.Em uma solução hipertônica, queapresenta uma osmolaridade maiorque o citossol, a célula perde água emurcha.Em uma solução hipotônica (deosmolaridade menor) a célula incha, ese a solução for fortemente hipotônica, acélula pode se romper. 14
  17. 17. Exemplo de Evento osmótico 14
  18. 18. Ionização da água, ácidos e bases fracos H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) Produto iônico da água: [H3O + ][OH- ] K eq = [ H 2O]2 K eq × [H 2O]2 = [H3O+ ][OH- ] K w = [ H3O+ ][OH- ] = 1.0 × 10−14 Assim, soluções ácidas: [H+] > 1,00 x 10-7 mol L-1 soluções básicas: [H+] < 1,00 x 10-7 mol L-1
  19. 19. Escala de pH pH = − log[H3O+ ] = − log[H + ] pOH = − log[OH - ] Em água neutra a 25 °C, pH = pOH = 7,00. Em soluções ácidas, a [H+] > 1,0 × 10-7, então o pH < 7,00. Em soluções básicas, a [H+] < 1,0 × 10-7, então o pH > 7,00 K w = [H + ][OH- ] = 1.0 × 10−14 ( ) pK w = − log [ H + ][OH- ] = 14 ∴ − log[H + ] − log[OH- ] = 14 pH + pOH = 14• Todas as proteínas, inclusive enzimas, dependem do próton livre para a suaatuação, para manter sua conformação molecular e permitir o encaixe dosubstrato específico. Em realidade, uma enzima, seja qual for, requer umaconcentração de H+ que é ótima para sua atuação: é o pH ótimo (exemplos: o pHótimo da pepsina é 2, enquanto da amilase é 8).
  20. 20. 11. Equilíbrio de dissociação ácido-base Constantes de Dissociação O equilíbrio ácido-base mais comum ocorre em água. HA + H2O H3O+ + A- H +   A −  HA H + + A- Ka =     [HA] Ácido forte: [HA] - muito pequeno – Ka muito grande (dissociação completa) Antes da dissociação Após dissociação HA H+ A- Constante de equilíbrio para uma reação na qual um ácido doa um próton ao solvente.
  21. 21. 11. Equilíbrio de dissociação ácido-base• Constantes de DissociaçãoÁcido fraco: [HA] é considerável. Ka pequeno (dissociaçãoincompleta) Antes da Após dissociação dissociação HA HA H+ A-O mesmo pode ser realizado para uma base BOH dissociadaem água: BOH B+ + OH- B +  OH −  Constante de equilíbrio para Kb =     uma reação na qual uma base [BOH ] aceita um próton do solvente.
  22. 22. Equilíbrio de dissociação ácido-base: Ácidos polipróticos:• Os prótons são removidos em etapas.H2SO4(aq) H+(aq) + HSO4-(aq) Ka1 = 1.7 x 10-2HSO4-(aq) H+(aq) + SO42-(aq) Ka2 = 6.4 x 10-8• É sempre mais fácil remover o primeiro próton em um ácido poliprótico do que os demais.• Conseqüentemente, Ka1 > Ka2 > Ka3 etc. 21
  23. 23. Escala de pHA escala de pH é logarítmica:Para o pH variar em 1 unidadea concentração de H+ deve ser Solução ácidas10x maior ou menor. Solução básica 14
  24. 24. O pH de alguns fluidos aquosos NaOH 1M Alvejante doméstico Água do mar, clara de ovo Sangue humano, lagrimas Leite, saliva Café preto Cerveja Vinho tinto Suco de limão Suco gástrico HCl 1M 14
  25. 25. Ácidos e bases fracos possuem constantes de dissociação característicos 14
  26. 26. Curvas de titulação 14
  27. 27. 14
  28. 28. Solução-tampão:São sistemas aquosos que tentem a resistir a alteração de pH,quando adicionado pequenas quantidades de ácido ou base.Mistura de eletrólitos fracos resistentes a variação de pH. Mistura de ácido fraco com sua base conjugada. Mistura de uma base fraca com seu ácido conjugado. O tampão é geralmente mais efetivona faixa de pKa ±1 22
  29. 29. Solução-tampão: Capacidade do tampão Equação de Henderson Hasselbalch: − log[H + ] = − log K − log [HX ] a - [X ] [X- ] ∴ pH = pK a + log [HX] O tampão é geralmente mais efetivo na faixa de pKa ±1
  30. 30. Tampões biológicos Sistema tampão fosfato: Atua no citoplasma e consiste dos íons H2PO4-e HPO42- Resistente entre 5,9 – 7,9 Sistema tampão bicarbonato: Atua no plasma sanguíneo e consiste dos íons H2CO3 e HCO3- Resistente próximo de 7,4 14

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