Aula 2 - Água, pH, tampão

Prévia do material em texto

Água
pH
Tamponamento
Profa. Dra. Joséli Schwambach
Universidade de Caxias do Sul
Área de Conhecimento de Ciências da Vida
Disciplina de Bioquímica Metabólica – FBB5002
Introdução
• A água é a substância mais abundante 
de um sistema vivo
• Cerca de 75 % a 85 % da composição 
de um organismo é formada por água
• Ela fornece o meio para que as reações 
químicas ocorram na célula
• Meio para solubilização e transporte 
de íons
• Atua como agente dispersante do 
calor produzido no organismo
• As funções das moléculas orgânicas
dependem das suas formas, as quais são
uma resposta às propriedades Ysicas e 
químicas da água circundante
Profa. Dra. Joséli Schwambach 2
• Em algumas reações atua como
reagente e em outras é gerada como
produto
• Reação de condensação: união de duas 
moléculas com formação de molécula de 
água
• Reação de hidrólise: participação da 
molécula de água leva a quebra de uma 
molécula orgânica
Profa. Dra. Joséli Schwambach 3
Água em reações bioquímicas
Aminoácido Aminoácido
Ligação 
peptídica
Água
Dipeptídeo
Condensação
Hidrólise
• Evita mudanças bruscas na temperatura dos organismos devido as 
suas características:
• Alto calor específico: pode absorver ou ceder grandes quantidade de calor 
com pequena alteração de temperatura
• Elevado calor latente de vaporização: absorve grande quantidade de calor 
para passar do estado líquido para o vapor. 
• Evaporação da água evita superaquecimento de organismos na superfície 
terrestre.
• Transpiração foliar permite que planta perca água e assim se resfrie.
• Suor permite o resfriamento do corpo humano
• Elevado calor latente de fusão: para se solidificar precisa liberar muito calor
• Para congelar precisa de tempo prolongado a temperatura abaixo de 0 ˚C, 
protegendo os organismos vivo de danos do congelamento.
Profa. Dra. Joséli Schwambach 4
Água no controle de temperatura
Introdução
• A força de atração entre as moléculas de 
água e a tendência da água de se ionizar 
são importantes para entender estrutura e 
função das biomoléculas.
• A molécula de H2O e seu produtos de 
ionização H+ e OH- influenciam as 
propriedades de todos os componentes 
celulares, como: enzimas, proteínas, 
ácidos nucléicos e lipídeos.
Profa. Dra. Joséli Schwambach 5
Ligação de 
hidrogênio
Propriedades físicas - Estrutura da água 
• Uma molécula de água tem
dois átomos de hidrogênio
ligados covalentemente a um
átomo de oxigênio.
Profa. Dra. Joséli Schwambach 6
Propriedades físicas - Estrutura da água 
• Todas as caracterísfcas e propriedades Ysicas de água 
resultam da sua geometria molecular
Profa. Dra. Joséli Schwambach 7
Propriedades físicas - Estrutura da água 
MOLÉCULAS COM 
EXTREMIDADES + E –
SÃO CHAMADAS 
DIPOLOS
Molécula assimétrica com ligações polares possuem elétrons
compartilhados de forma desigual entre átomos.
Eletronegatividade é a tendência que um átomo tem de atrair
elétrons para si.
Na ligação O-H em água, o O é mais eletronegativo que o H, os
elétrons ficam mais próximos do O, formando carga parcial negativa.
Profa. Dra. Joséli Schwambach 8
• A fraca atração
eletrostáfca entre as 
moléculas de água é
conhecida como ligações
de hidrogênio
Profa. Dra. Joséli Schwambach 9
Propriedades físicas 
Ligações de hidrogênio
Propriedades Csicas Ligações de hidrogênio
• As ligações de hidrogênio são forças fracas biologicamente 
importantes para manter a estrutura de biomoléculas
Profa. Dra. Joséli Schwambach 10
PROTEÍNAS: formam a folha β-pregueada e α-hélice DNA: ligados entre bases complementares 
na dupla hélice
Propriedades físicas Ligações de hidrogênio
Profa. Dra. Joséli Schwambach 11
• As ligações de hidrogênio entre as moléculas de água fornecem as
forças coesivas que fazem da água um líquido à temperatura
ambiente e que favorecem a grande ordenação das moléculas da
água cristalizada (gelo).
• No estado líquido as moléculas de água estão em movimento
contínuo, as ligações de hidrogênio são rapidamente formadas e
quebradas.
• No gelo cada molécula de água está fixa em um ponto do espaço e
forma ligações de H com outras moléculas semelhantes, formando
uma rede regular.
Propriedades físicas Ligações de hidrogênio
Profa. Dra. Joséli Schwambach 12
A estrutura da água líquida é irregular, ligações rapidamente quebradas,
moléculas em movimento contínuo.
Devido a sua estrutura aberta a água se expande quando congelada.
GELO
Cada molécula de água está
no centro de um tetraedro
circundada por quatro
moléculas vizinhas que
interagem por ligações de
hidrogênio.
Propriedades físicas - água como solvente
• Solubilidade depende da habilidade de um solvente de interagir 
com parpculas de um soluto mais intensamente do que com as 
outras parpculas do próprio solvente.
• Excelente solvente: moléculas pequenas e natureza polar.
Profa. Dra. Joséli Schwambach 13
• A água é um solvente POLAR, dissolve facilmente a maior parte
das moléculas que são em geral compostos carregados
(negativamente ou positivamente) e polares. Compostos que se
dissolvem facilmente na água são HIDROFÍLICOS.
– CAPA DE SOLVATAÇÃO ou CAPA DE HIDRATAÇÃO
Profa. Dra. Joséli Schwambach 14
Propriedades físicas - água como solvente
Íon Na+
hidratado
Íon Cl-
hidratado
Observe as orientações das 
moléculas de água
Semelhante
dissolve 
semelhante
Profa. Dra. Joséli Schwambach 15
Propriedades físicas - água como solvente
• As substâncias que possuem grupos carboxila (OH),
carbonila (C=O), caboxilato (COO-) ou amônio (NH3+)
são mais hidrossolúveis, pois estes grupos podem
formar ligações de hidrogênio com a água.
• Exemplos desse fpo de moléculas são: proteínas,
ácidos nucleicos e carboidratos.
• Compostos APOLARES como gordura e óleos não apresentam
cargas elétricas e por isso não interagem com moléculas de água.
Estes compostos são chamados de HIDROFÓBICOS.
• Compostos ANFIPÁTICOS: Contém regiões polares (ou carregadas)
e não polares. Quando um composto anfipático é misturado com
a água a região hidrofílica (polar) interage favoravelmente com o
solvente e tende a se dissolver, mas a região hidrofóbica (apolar)
tende evitar o contato com a água, formando MICELAS.
• Muitas biomoléculas são anfipáticas: proteínas, certas vitaminas,
pigmentos, esteróis, fosfolipídios das membranas
Profa. Dra. Joséli Schwambach 16
Propriedades físicas - água como solvente
Molécula anfifílica ou anfipática 
Profa. Dra. Joséli Schwambach 17
Propriedades Csicas - água como solvente
Sal de ácido graxo 
com cabeça polar
ionizada e cauda 
apolar.
Formação de uma 
micela na presença 
de água.
• O grau de dissociação da água é pequeno, mas determina 
propriedades de muitos solutos
• A água se dissocia muito pouco: 1 molécula a cada 10 milhões 
Profa. Dra. Joséli Schwambach 18
Propriedades químicas - Ionização de água
Auto-ionização
da água
Propriedades químicas - Ionização de água
• A reafvidade de muitos grupos funcionais das moléculas
biológicas depende das concentrações relafvas de H+ (acidez) e
OH- (alcalinidade) no meio circundante.
• A medição do pH pode ser medida pela fórmula: 
pH = - log [H+] 
• Ou seja, por ser um valor negafvo, quanto maior a concentração de íons H+
menor será o valor de pH. 
• pH é o símbolo para a grandeza Ysico-química 'potencial
hidrogeniônico‘ e indica a acidez (pH < 7), neutralidade (pH = 7) 
ou alcalinidade (pH > 7) de uma solução líquida.
Profa. Dra. Joséli Schwambach 19
20
Propriedades químicas - Ionização de água
Química ácido-base
• Ácidos podem ser definidos como doadores de prótons e bases receptoras de 
prótons
• Um doador e seu receptor formam um par ácido-base conjugado: Ex. ácido 
acéfco
Cada ácido têm tendência a perder seu próton em solução aquosa. Quanto mais forte 
o ácido, maior esta tendência.
A tendência de qualquer ácido (HA) para perder um próton e formar sua base 
conjugada (A-) é definida pela constante de equilíbrio (K) da reação reversível:
Química ácido-base
Tampões
Tampões são soluções aquosas que sãoresistentes
a mudanças de pH quando adicionado um ÁCIDO 
ou uma BASE
Um sistema tampão consiste de um ácido fraco (doador 
de próton) e sua base conjugada (receptora de próton)
T
a
m
p
õ
e
s
• Citoplasma celular possui altas concentrações de proteínas
• Aminoácidos como grupos funcionais – histidina pKa=6,0 
• Citoplasma possui ATP e outros metabólitos com grupos 
ionizáveis
Sistemas Tampão
Sistemas Tampão
• Citoplasma possui sistema tampão fosfato (pKa=6,86) 
• Plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo sistema 
tampão Hemoglobina
Sistemas Tampão
Sistemas Tampão
• Plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo sistema 
tampão do bicarbonato
Sistemas Tampão
• Plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo 
sistema tampão do bicarbonato
Sistemas Tampão
• Plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo sistema 
tampão do bicarbonato
Sistemas Tampão
• Sistema tampão do bicarbonato – controle respiratório
Estudo dirigido
• O que são ligações de hidrogênio? Como são formadas? Qual a
importância biológica das ligações de hidrogênio
• Explique por que as substâncias polares se dissolvem na água enquanto
substâncias apolares não se dissolvem.
• Por que as substâncias anfipáticas formam micelas na água?
• Qual a definição para ácidos e bases?
• Qual a importância dos tampões? Dê exemplos
Extra
• Sugestão de leitura: 
• Capítulo 2 – Princípios de Bioquímica de Lehninger (Nelson e Cox)
• Capítulo 1 – Bioquímica Clínica (Pinto)
• Disponíveis como e-book na Minha Biblioteca
Profa. Dra. Joséli Schwambach 33