Importância da Água nos Organismos Vivos

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Água
Água é o componente mais importante, indispensável e promotor de mudanças, em todos
organismos vivos . 
Substância mais abundante de todos os organismos vivos; 
Molécula da vida pois, todas as formas de vida dependem da água; 
É bem provável que as primeiras biomoléculas surgiram em meio a soluções aquosas e, os
primeiros organismos vivos também surgiram na água 
Mais de 70% da Terra é formada por água;
Poucos organismos resistem a mais de 50% de seu volume de desidratação. Entre estes que
resistem estão:
● Bactérias
● Arqueobactérias.
A quantidade de água no citosol da célula humana é essencial para o seu metabolismo celular.
● Uma diminuição de 20% do volume de água da célula, esta reduz o
metabolismo celular.
● 30% do volume de água da célula, está para o metabolismo celular
● 50% do volume de água da célula, esta entra em apoptose.
Se organizam de acordo com a estrutura da água
A maioria das reações bioquímicas ocorrem na água;
Portanto, a água participa ativamente de todas as reações presentes no nosso organismo.
No organismo humano a quantidade de água varia, de acordo com a idade:
● Crianças média 80% de água
● Idosos média de 50% de água
De acordo com o sexo + ou - 65 % homens
+ ou - 60% mulheres
De acordo com os órgãos sendo que a maior porcentagem de água encontra se nos olhos,
sangue, cérebro, rins, pulmão, coração e músculos
Água é importante para o metabolismo e, sem água na célula não há vida.
A água é uma substância composto por dois átomos de hidrogênio (H2) e por um átomo de Oxigênio
(O), formando a molécula H2O. Como não temos carbono, a água é uma substância inorgânica. A
molécula de água é formada por duas ligações covalentes O -H, sendo H -O -H sua fórmula estrutural.
PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA
● O átomo de oxigênio possui seis elétrons na camada de valência, portanto são necessários
mais dois elétrons para que ele atinja estabilidade eletrônica. O átomo de hidrogênio possui
apenas um elétron, sendo necessário para sua estabilidade mais um elétron (camada K = dois
elétrons).
● O átomo de oxigênio possui quatro orbitais (funções que descrevem a distribuição dos
elétrons na região que circunda um núcleo atômico). Dois deles estão "envolvidos" com as
ligações O -H, e dois estão "livres". Existe uma repulsão entre os orbitais livres, que causa
uma aproximação entre as ligações O -H.os orbitais livres do oxigênio se repelem, e o ângulo
entre as ligações O –H (104,5º, tetraedro).
● O átomo de oxigênio é mais eletronegativo que o de hidrogênio, ou seja, o núcleo do oxigênio
atrai os elétrons envolvidos na ligação O -H mais fortemente que o núcleo do hidrogênio.Essa
propriedade é decisiva na polaridade da molécula de água, uma vez que torna o oxigênio mais
negativo (com os elétrons mais próximos) e o hidrogênio mais positivo (com os elétrons mais
afastados).Ou seja, a molécula de água é polar, sendo o oxigênio seu polo negativo (2δ-, já
que são dois elétrons a mais) e os hidrogênios seus polos positivos (δ+, um elétron a menos
para cada átomo).
● Como água é um composto polar, o pólo positivo de uma molécula atrai o pólo negativo de
outra, o que resulta em uma atração eletrostática.Essa atração é chamada ligação de
hidrogênio, , e ocorre entre átomos de hidrogênio com oxigênio, nitrogênio ou flúor.
● As ligações de hidrogênio, apesar de serem as mais fortes entre as forças consideradas fracas,
são bem menos estáveis que as ligações covalentes, prova disso é que a energia de dissociação
de uma ligação de hidrogênio entre moléculas de água é cerca de 23 kJ/mol, enquanto que a
da ligação O -H (covalente) da água é de 470 kJ/mol.
● Outra característica das ligações de hidrogênio é a rapidez com que elas se formam e são
quebradas.A todo instante moléculas de água estão interagindo entre si, formando ligações de
hidrogênio que duram de um a vinte picossegundos (1 ps= 10-12s). Quando uma ligação se
quebra, imediatamente outra se forma.
● Essa interação resulta em algumas propriedades interessantes da água, como a formação da
tensão superficial, ou seja, uma espécie de membrana elástica ou película que se forma em
sua superfície.Isso ocorre porque as moléculas de água da superfície realizam as ligações de
hidrogênio somente com moléculas que ficam abaixo e ao lado, sendo, dessa forma, atraídas
para o interior do líquido, pois não há moléculas acima delas para atraí-las também. Esse
processo é responsável pela formação da película mencionada na superfície do líquido.
● Por outro lado, no estado sólido, as moléculas de H2O estão mais próximas e realizam
ligações de hidrogênio, formando estruturas hexagonais, como a mostrada abaixo. Esses
espaços vazios que ficam entre as moléculas diminuem a densidade do gelo, pois fazem com
que o seu volume aumente.Essa é outra propriedade importante, pois visto que o gelo fica
menos denso, ele flutua sobre as superfícies de rios, lagos, mares e oceanos, atuando como
um isolante térmico natural que mantém a água abaixo dele no estado líquido, o que mantém
vários animais aquáticos vivos.
● Quando o calor aumenta (por exemplo, quando se ferve a água), o aumento da energia
cinética da moléculas de água faz com que as ligações de hidrogênio se quebrem
completamente, permitindo que as moléculas de água escapem para o ar na forma de gás.
Observamos esse gás como vapor d'água.
A água forma ligações de hidrogênio com solutos polares
As ligações de hidrogênio não ocorrem somente entre moléculas de água.
Ocorrem também entre um átomo eletronegativo (aceptor de hidrogênio, geralmente
oxigênio e nitrogênio) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a outro átomo eletronegativo
(doador de hidrogênio) na mesma molécula ou em outra.
Portanto ligações de hidrogênio ocorrem entre o hidrogênio e os átomos de
oxigênio, nitrogênio ou flúor.
Essa diferença ocorre normalmente entre os elementos citados acima.
Quando em solução, um composto polar forma ligações de hidrogênio com a água, já que seus pólos
interagem com os pólos da água.
No caso de um soluto com carga, a interação da molécula de água é bem semelhante à citada acima: a
parte carregada da molécula do soluto atrai eletricamente um dos pólos da molécula de água; assim, o
soluto fica “cercado” pela água. Portanto, um soluto polar ou carregado forma uma mistura
homogênea com a água, já que todas as suas moléculas (ou quase todas, dependendo do coeficiente
de solubilidade) interagem com a água e ficam separadas umas das outras, “cercadas” pela água.
Biomoléculas polares não carregadas como os açúcares dissolvem rapidamente em
água devido ao efeito estabilizador das ligações de hidrogênio entre os grupos
hidroxila ou o oxigênio da carbonila do açúcar com as moléculas polares da água.
Alcoóis, aldeídos, cetonas e compostos contendo ligações N H formam ligações de
hidrogênio com moléculas de água e tendem a ser solúveis em água.
A água interage eletrostaticamente com solutos carregados
● A água é um solvente polar. Ela dissolve prontamente a maioria das biomoléculas, que em
geral são compostos carregados ou polares; compostos que se dissolvem facilmente em água
são hidrofílicos (do grego “que ama a água”).Em contrapartida, solventes apolares, como
clorofórmio e benzeno, são solventes ruins para biomoléculas polares, mas dissolvem
prontamente moléculas hidrofóbicas moléculas apolares como lipídeos e ceras
● Uma das propriedades da água é que sua molécula atrai íons mais fortemente do que um íon
atrai outro, devido à sua alta constante dielétrica. Compostos iônicos ficam dissociados em
solução porque um íon não atrai outro com tanta força como a água atrai ambos.
● Além de dissociar os íons, as moléculas de água ainda formam uma camada de hidratação (ou camada
de solvatação). A partícula iônica fica de tal maneira cercada por água que a camada de hidratação
passa a fazer parte do íon: a camada de solvatação aumenta o tamanho do íon. A camada de hidratação
também ocorre em solutos polares e com carga, seguindo o mesmo princípio. Exemplos: compostos
que, em solução, ficam dissociadosde suas partículas com camada de hidratação: NaCl, KCl, AgNO3 e
muitos outros sais.
● Portanto a água dissolve sais como o NaCl pela hidratação e estabilização dos íons Na+ e Cl --,
enfraquecendo as interações eletrostáticas entre eles e, portanto, neutralizando a sua tendência de se
associar em uma rede cristalina.
● A água também dissolve prontamente biomoléculas carregadas, incluindo compostos com grupos
funcionais como grupos carboxílicos ionizados (¬COO --), aminas protonadas (¬NH3+) e ésteres de
fosfato ou anidridos.
Gases apolares são fracamente solúveis em água
● As moléculas de gases biologicamente importantes como CO2, O2 e N2 são apolares,
portanto são fracamente solúveis em água. No caso de O2 e N2, os elétrons são
compartilhados igualmente por ambos os átomos da ligação. No CO2, cada ligação C=O é
polar, mas os dois dipolos estão em direções antagônicas e anulam um ao outro.
● Alguns organismos têm “proteínas transportadoras” solúveis em água (p. ex., hemoglobina e
mioglobina) que facilitam o transporte de O2. O dióxido de carbono forma o ácido carbônico (H2CO3)
em solução aquosa, que é transportado tanto como íon bicarbonato (HCO3 ––), como o íon bicarbonato
livre solúvel em água e ligado à hemoglobina.
● As ligações de hidrogênio entre a água e os solutos polares também causam um ordenamento das
moléculas de água, mas o efeito energético é menos significativo que com solutos apolares. A ruptura
de moléculas de água ordenadas é parte da força motriz para a ligação de um substrato polar (reagente)
a uma superfície polar complementar de uma enzima: a entropia aumenta quando a enzima desloca
moléculas de água ordenadas do substrato, e o substrato desloca moléculas de água ordenadas da
superfície da enzima
Interações entre água e solutos apolares
● Moléculas apolares são todos os aglomerados de átomos, formados a partir de ligações covalentes , que
não apresentam polos positivo e negativo, como são os encontrados nas moléculas polares
● Quando um composto apolar como o óleo, por exemplo é misturado à água, forma se uma solução
heterogênea. Isso ocorre porque tais compostos não possuem carga nem pólos , ou seja, não têm
regiões que possam interagir com a molécula de água.
● No contato inicial de uma substância apolar com a água, há rompimento não compensado de muitas
ligações de hidrogênio, pois a água não forma ligações de hidrogênio com moléculas apolares. A fim
de fazer o maior número de ligações de hidrogênio possível, as moléculas de água orientam se envolta
da substância apolar e a envolvem, de modo que uma rede de ligações de hidrogênio é formada ao
redor de um soluto apolar.
● Essa rede de ligações de hidrogênio representa um decréscimo na entropia do sistema, ou seja, é
energeticamente desfavorável. Por esse motivo, quando várias moléculas apolares entram em contato
com a água, elas se agrupam, a fim de aumentar a entropia do sistema. Ou seja, ao invés de fazerem
uma rede de ligações de hidrogênio ao redor de cada molécula apolar o que diminui a entropia e é,
consequentemente, energeticamente desfavorável ––, as moléculas de água “forçam” as apolares a se
agruparem. Dessa forma, a superfície de contato entre soluto e água é menor e, portanto, a rede de
ligações de hidrogênio formada também. Isso faz com que a diminuição da entropia seja menor quando
as moléculas apolares estão agrupadas.
● Há alguns compostos, como os fosfolipídeos , que possuem tanto uma região polar (“cabeça”) como
uma apolar (“cauda”). Essas substâncias, em solução, tendem a expor sua porção hidrofílica (polar) e
“esconder” sua porção hidrofóbica (apolar), formando micelas ou bicamadas. Dessa forma, não há
contato entre a água e as porções apolares desses compostos. Membranas celulares e grandes
compostos moleculares, como proteínas, por exemplo, adotam sua forma em função dessa relação entre
a água e os compostos apolares: as membranas organizam se em bicamada para “esconder” a cauda dos
seus fosfolipídeos ; as proteínas organizam se para “esconder” seus aminoácidos apolares.
● Essas estruturas estáveis de compostos anfipáticos em água, chamados de micelas, podem conter
centenas ou milhares de moléculas. As forças que mantêm as regiões apolares das moléculas unidas são
chamadas de interações hidrofóbicas. Muitas biomoléculas são anfipáticas; proteínas, pigmentos, certas
vitaminas e os esteroides e fosfolipídeos de membranas apresentam regiões polares e apolares.
Principais Funções da Água
TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS, MOLÉCULAS E ÍONS…
● A presença de água nos organismos mais primitivos permite que haja o processo de difusão.
● Já os organismos mais evoluídos apresentam sistemas circulatórios mais elaborados como o
sangue, hemolinfa e seiva vegetal.
● Pode ser uma forma de eliminar toxinas do organismo, como é o caso da urina nos seres
humanos e animais.
● As células apresentam-se em estado coloidal (rico em água), o que facilita o transporte de
substâncias.
OSMOSE
● É o movimento da água através de uma membrana semipermeável (permeável ao
solvente e impermeável ao soluto).
● Portanto, osmose é o processo em que a água move se, sem gasto de energia pela célula, do meio
menos concentrado para o mais concentrado através de uma membrana seletivamente permeável.
FACILITA AS REAÇÕES QUÍMICA DESIDRATAÇÃO
● Reações químicas ocorrem mais facilmente com os reagentes em estado de solução.
● Em algumas reações químicas, a união entre moléculas ocorre com formação de água
como produto, chamada de síntese por desidratação.
FACILITA AS REAÇÕES QUÍMICAS HIDRÓLISE
● Reações químicas ocorrem mais facilmente com os reagentes em estado de solução.
● As reações de quebra de moléculas em que a água participa como reagente são
denominadas reações de hidrólise.
REGULAÇÃO DA TEMPERATURA
● Seres vivos só podem existir em uma estreita faixa de temperatura;
● A água evita variações bruscas de temperatura dos organismos;
● Para controlar a temperatura, o corpo produz e libera o suor, que
é sintetizado pela glândula sudorípara e começa a ser produzido quando o corpo tem a sua
temperatura elevada, ficando acima dos 37 C. Isso é comum durante a prática de exercícios
físicos ou em locais muito quentes.
● O suor é formado em grande parte por água, que representa cerca de 99% da sua
composição.
● O outro 1% restante corresponde à concentração de sódio, cloro, potássio e magnésio.
● A osmolaridade dessa solução fica em torno de 80 185 mOsm /l, sendo praticamente a
metade da concentração osmolar do plasma.
● Ao ser liberado na superfície do corpo, o suor inicia um processo de evaporação.
● Durante esse processo, ocorre a liberação de energia calorífica e, consequentemente, o
corpo esfria.
● Sendo assim, podemos perceber que a produção de suor em si não provoca a
diminuição da temperatura corpórea, sendo essa propriedade conseguida com a
evaporação dessa substância.
● Apesar da regulação da temperatura ser importante, é fundamental frisar que, ao
liberar suor, ocorre uma perda muitas vezes excessiva de água.
● Esse processo, caso não haja uma hidratação constante, pode levar a uma perda
hídrica conhecida como desidratação.
● Algumas pessoas possuem ainda uma condição conhecida como hiperidrose.
● Nesse caso, observa-se uma sudorese excessiva.
● Dentre as causas da hiperidrose, podemos destacar os fatores emocionais, genéticos e
algumas doenças.
● O tratamento pode ser feito com o uso de medicamentos, antitranspirantes ou cirurgia.
FUNÇÃO LUBRIFICANTE
● Nas articulações e entre os órgãos, a água exerce um papel lubrificante
para diminuir o atrito entre essas regiões;
● A lágrima diminui o atrito das pálpebras sobre o globo ocular;
● A saliva facilita a deglutição dos alimentos.
FUNÇÃO DE EQUILÍBRIO OSMÓTICO
● Solução é um tipo de dispersão em que o disperso tem proporções
nanométricas (10 9 m), ou seja, o disperso é constituído por átomos,
íons ou moléculas.
● É uma mistura homogênea composta de dois ou mais componentes:
● Solução = soluto + solvente
● Solvente ou dispersante: É o componenteda solução que se apresenta
em maior quantidade, que dissolve o soluto.
● Soluto ou disperso: É o componente que se apresenta em menor quantidade.
É a substância que será dissolvida no solvente.
● Uma mistura de poucos gramas de NaCl em 1 litro de água é uma solução na
qual o soluto é o NaCl e o solvente é a água.
● A adição de maiores quantidades de soluto a uma solução acarreta o
saturamento da solução.
● A partir de uma determinada quantidade de soluto, o solvente não consegue
mais solvatar o mesmo, ocorrendo o aparecimento de resíduo não solúvel do
soluto.
Osmose é o movimento da água através das membranas.
Em nossas células, a água passa através de canais protéicos chamados
aquaporinas
● Uma célula em solução isotônica significa que é uma solução com
osmolaridade igual à da célula, ou seja, não há um movimento de água
resultante.
● Uma célula em solução hipotônica (menor concentração de soluto), com
menor osmolaridade que o citosol, significa que a água se movimenta para
dentro da célula, criando uma pressão para fora, inchando, podendo chegar a
se romper.
● Uma solução hipertônica (maior concentração de soluto) é aquela com maior
osmolaridade que o citosol, a água tende a se movimentar para fora da célula
e a célula encolhe.
FUNÇÃO DE EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE
● Solução é um tipo de dispersão em que o disperso tem proporções
nanométricas (10 9 m), ou seja, o disperso é constituído por átomos, íons ou
moléculas.
● É uma mistura homogênea composta de dois ou mais componentes:
● Solução = soluto + solvente
● Solvente ou dispersante: É o componente da solução que se apresenta
em maior quantidade, que dissolverá o soluto.
● Soluto ou disperso: É o componente que se apresenta em menor
quantidade. É a substância que será dissolvida no solvente.
Ácidos, Bases e Tampões Biológicos
ÁCIDOS (valor da escala pH entre 0,0 e 7,0)
Segundo a teoria de dissociação eletrolítica de Arrhenius, são aquelas substâncias
que, em meio aquoso, reagem com a água, sofrendo ionização e liberando como único cátion
o hidrogênio (H+) ou, mais corretamente, o cátion hidrônio (H3O+)
HA(aq) →H+(aq)+A-(aq) ou HA + H2O →H3O+(aq) + A-(aq)
Características dos ácidos
● Ionizam se em meio aquoso, liberando o cátion H+.
● São condutores de eletricidade devido à liberação de íons em meio aquoso.
● Em contato com meio básico, sofrem reação de neutralização, formando como
produtos dessa reação sal e água.
● Alteram a cor da solução na presença de substância indicadora, como tornassol ou
fenolftaleína.
● O sabor azedo do limão, laranja, entre outras frutas cítricas, deve-se ao ácido presente
nesses alimentos.
Grau de Ionização (𝞪)
● Grau de ionização, representado pela letra α (alfa), se define como a relação
entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas.
● Equação para cálculo:
De acordo com o grau de ionização eu posso ter:
•Ácido forte: aquele que se ioniza em 50%.
• Ácido moderado (ou semiforte): grau de ionização maior que 5% e menor que 50%.
• Ácido fraco: a ionização ocorre em apenas 5% de sua molécula.
•A classificação para o HCl, de acordo com a tabela, é de ácido forte.
Quando dissolvemos 1000 moléculas do ácido clorídrico (HCl) em água, a 18 ºC, 925 delas
sofrem ionização, o que é uma quantidade grande e, por isso, ele é considerado um ácido
forte. Dizemos que seu grau de ionização é igual a 92,5%.
quando dissolvemos 1000 moléculas de ácido bórico (H3BO3), a 18 ºC, apenas 75 delas
sofrem ionização, um valor muito pequeno. O grau de ionização do ácido bórico (H3BO3) é,
portanto, 0,075%, sendo por isso considerado um ácido fraco.
BASES (valor da escala pH entre 7,0 e 14,0)
● Quando uma base é adicionada à água, de acordo com o químico sueco
Arrhenius, ela sofre o fenômeno da dissociação (liberação de íons), e a quantidade de íons
liberada é expressa por uma grandeza denominada grau de dissociação (𝞪)
Ao dissociar, a base libera um cátion (metálico Y+ ou o amônio NH 4 e o ânion hidróxido (OH 1 e a
quantidade liberada desses íons é indicada pelo grau de
dissociação. Assim, quanto maior o grau, mais a base irá dissociar e
maior será a quantidade de íons liberados na água
Fórmula para calcular o grau de dissociação de uma base
Base forte: quando o α for maior que 5 % (mais de 5% das unidades da base adicionadas em
água dissociam, ou seja, há mais íons na água);
Base fraca: quando o α for menor ou igual a 5% (5% ou menos das unidades da base
adicionadas em água dissociam, ou seja, há poucos íons na água).
Quando 300 unidades de uma base são adicionadas em água, porém apenas 90 delas são
dissociadas, qual a classificação que essa base deve receber?
● Baseando se nesse fato, foi criada uma fórmula para calcular o grau de dissociação de
uma base, na qual o número de unidades dissociadas é dividido pelo número de
unidades adicionadas em água.
● O grau de dissociação é a grandeza utilizada para expressar a força de uma base, ou
seja, sua capacidade de conduzir corrente elétrica, a qual depende da quantidade de
íons liberados na dissociação.
BASES RESUMO
● Entende-se como base um comportamento químico antagônico ao comportamento
ácido.
● A reação entre um ácido e uma base é conhecida como reação de neutralização.
● Segundo Arrhenius, as bases são compostos que, em solução aquosa, aumentam a
concentração de ânions hidróxido.
● Soluções básicas apresentam valores de pH entre 7,0 e 14,0.
● Os hidróxidos são conhecidos como bases de Arrhenius e utilizados para explicar as
características das bases.
● As bases de Arrhenius podem ser classificadas quanto à força, solubilidade em água e
ao número de ânions hidróxido na composição.
● As bases podem ser utilizadas não só para correção do pH de solos e águas, mas
também como medicamentos, catalisadores químicos e na confecção de sabão.
pH
• Corresponde ao potencial hidrogeniônico de uma solução;
• Ele é determinado pela concentração de íons de hidrogênio (H+) e serve para medir o
grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de determinada solução.
Segundo a Teoria da dissociação iônica de Arrhenius
• Uma substância é considerada ácida se, em meio aquoso, ela liberar como único
cátion o H+ (ou H3O+).
• Quanto maior a quantidade desses íons no meio, maior será a acidez da solução.
• Quanto menor a quantidade desses íons no meio, menor será a acidez da solução,
portanto mais básica esta solução será.
Escala de pH
• varia entre 0 e 14 na temperatura de 25ºC.
• Se o valor do pH for igual a 7 (pH da água), o meio da solução (ou do líquido) será
neutro.
• Mas se o pH for menor que 7, será ácido, quanto menor o valor do pH, mais ácida a
solução será
• se for maior que 7, básico.
O pH pode ser medido através do peagâmetro
• Formado por elétrodos que medem as concentrações de pH.
• Após o elétrodo ser mergulhado em uma solução tampão este é calibrado.
• Em seguida lava-se o eletrodo, seca e mergulha-se este eletrodo na solução que
queremos medir o pH.
• O eletrodo em contato com a solução, mede o potencial do eletrodo, este será
convertido pelo aparelho em escala de pH
Indicadores ácido-bases
• Esses são substâncias naturais ou sintéticas que mudam de cor na presença de
soluções ácidas e básicas e em diferentes faixas de pH.
• Entre os indicadores sintéticos mais usados está a fenolftaleína, que é incolor em meio
ácido e bem rosa em meio básico;
• o papel de tornassol, que fica vermelho na presença de ácidos e azul na presença de
bases
• e o indicador universal, que apresenta cores diferentes para cada valor de pH, sendo
bastante preciso
Soluções-tampão
• Solução-tampão é uma mistura formada por um ácido fraco e um sal ou por um sal e
uma base fraca.
• Essas misturas não apresentam variação de pH quando recebem pequenas quantidades
de ácidos ou de bases fortes.
• O Sangue é considerado uma solução tampão
https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/solucao-tampao.htm
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0050/aula1.html
https://www.manualdaquimica.com/fisico-quimica/solucao-tampao.htm
http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0050/aula1.html