O documento descreve as propriedades e funções da água no corpo vivo. A água constitui a maior parte da massa dos seres vivos, permeia todas as células, e suas propriedades únicas como a capacidade de formação de ligações de hidrogênio permitem o transporte de nutrientes e reações metabólicas. A água também interage com moléculas polares e iônicas através de ligações de hidrogênio e forças eletrostáticas, o que é essencial para a estrutura e função de biomolécul

1. Bioquímica: Água

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 funções
são adaptadas às propriedades físico-químicas da água;
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3. Interações fracas em sistemas aquosos
Ligações de hidrogênio
Forte forças coesivas;
Extremo ordenamento das
moléculas;
Moléculas polares dissolvem facilmente em água
Moléculas não-polar tentem a ficarem juntas em soluções aquosas
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4. Propriedades não usuais da água
Possui pontos de fusão e ebulição, calor de vaporização maiores que
outros líquidos, devido a grande força de coesão entre as moléculas
adjacentes.

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 e
cada átomo de hidrogênio com carga parcial
positiva.
As pontes de hidrogênio são mais fracas
que ligações covalentes;
Cada molécula de água se une mediante
pontes de Hidrogênio a 3 ou 4 moléculas .

6. A água forma ligações de hidrogênio com
solutos polares
Algumas ligações de hidrogênio biologicamente importantes.
Entre bases
complementares
do DNA
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7. A água interage eletrostaticamente com
solutos carregados
Dissolve a maior parte das biomoléculas
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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. Gases pouco polares são pouco solúveis em água
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10. Compostos não polares forçam
alterações desfavoráveis
na estrutura da água
Substâncias anfipáticas (fosfolipídeos,
proteínas, ácidos nucléicos) – A água forma
micelas, interatuando com a porção hidrofílica e
repelindo a porção hidrofóbica

11. Interações fracas são cruciais para a
Estrutura e função das macromoléculas
A soma de todas as interações
fracas contribuem para o
decréscimo na energia livre do
sistema.
A dissociação de duas moléculas
requer a quebra de todas as
interações fracas ao mesmo
tempo.

12. Macromoléculas como as proteínas e DNA contém muitos sítios de
ligação de hidrogênio, iônicas e etc.
Para as macromoléculas, a estrutura mais estável (nativa) é aquela em
que as possibilidades de ligações fracas são maximilizadas.
O enovelamento dos peptídeos e sua forma tridimensional, é
determinada por este principio.
Estrutura cristalina da hemoglobina: (a) com moléculas de água ligada e (b) sem moléculas de água ligada

13. Para muitas proteínas a água ligada e fundamental a sua função.
Cadeia de água no citocromo f.

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
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15. Osmose
Quando duas soluções aquosas diferentes são separadas por uma membrana
semipermeável (que permite a passagem das moléculas de água, mas não as
do soluto), as moléculas de água se difundem da região de maior concentração
de água para aquela de menor concentração, produzindo uma pressão osmótica.
A osmose é o movimento da água através de uma membrana semipermeável
impelido por diferenças na pressão osmótica, e é um fator importante na vida
da maioria das células.
Equação de Van’t Hoff:
II = icRT

16. Soluções que apresentam a mesma
osmolaridade são chamadas de
isotônicas. Rodeada por uma solução
isotônica, a célula nem perde nem ganha
água.
Em uma solução hipertônica, que
apresenta uma osmolaridade maior
que o citossol, a célula perde água e
murcha.
Em uma solução hipotônica (de
osmolaridade menor) a célula incha, e
se a solução for fortemente hipotônica, a
célula pode se romper.
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17. Exemplo de Evento osmótico
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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. 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 sua
atuação, para manter sua conformação molecular e permitir o encaixe do
substrato específico. Em realidade, uma enzima, seja qual for, requer uma
concentração de H+ que é ótima para sua atuação: é o pH ótimo (exemplos: o pH
ótimo da pepsina é 2, enquanto da amilase é 8).

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. 11. Equilíbrio de dissociação ácido-base
• Constantes de Dissociação
Ácido fraco: [HA] é considerável. Ka pequeno (dissociação
incompleta) Antes da Após
dissociação dissociação
HA
HA
H+ A-
O mesmo pode ser realizado para uma base BOH dissociada
em água: BOH B+ + OH-
B +  OH −  Constante de equilíbrio para
Kb =     uma reação na qual uma base
[BOH ] aceita um próton do solvente.

22. Equilíbrio de dissociação ácido-base:
Ácidos polipróticos:
• Os prótons são removidos em etapas.
H2SO4(aq) H+(aq) + HSO4-(aq) Ka1 = 1.7 x 10-2
HSO4-(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.
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23. Escala de pH
A escala de pH é logarítmica:
Para o pH variar em 1 unidade
a concentração de H+ deve ser
Solução ácidas
10x maior ou menor.
Solução básica
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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
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25. Ácidos e bases fracos possuem constantes
de dissociação característicos
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26. Curvas de titulação
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27. 14

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 efetivo
na faixa de pKa ±1
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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. 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
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