Boquimica Geral

Prévia do material em texto

Bioquímica Geral
Gisele Silvestre da Silva
© 2019 por Editora e Distribuidora Educacional S.A.
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida 
ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, 
incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento 
e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Editora e 
Distribuidora Educacional S.A.
Presidência 
Rodrigo Galindo
Vice-Presidência de Produto, Gestão e Expansão
Julia Gonçalves
Vice-Presidência Acadêmica
Marcos Lemos
Diretoria de Produção e Responsabilidade Social
Camilla Veiga
Gerência Editorial
Fernanda Migliorança
Editoração Gráfica e Eletrônica
Renata Galdino
Supervisão da Disciplina
Joselmo Willamys Duarte
Revisão Técnica
Daniele Candido da Costa
Joselmo Willamys Duarte
Thamiris Mantovani CRB-8/9491 
2019
Editora e Distribuidora Educacional S.A.
Avenida Paris, 675 – Parque Residencial João Piza
CEP: 86041-100 — Londrina — PR
e-mail: editora.educacional@kroton.com.br
Homepage: http://www.kroton.com.br/
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) 
 Silva, Gisele Silvestre da
S586b Bioquímica geral / Gisele Silvestre da Silva. – Londrina : 
 Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019.
 248 p.
 
 ISBN 978-85-522-1588-2
 
 1. Biomoléculas. 2. Estrutura e função. 3. Metabolismo 
 geral. I. Silva, Gisele Silvestre da. II. Título. 
 
CDD 574.192
Sumário
Unidade 1
Organização celular e química básica de biomoléculas ........................... 7
Seção 1
Organização celular e processos metabólicos ................................. 9
Seção 2
Química básica de biomoléculas ....................................................26
Seção 3
Sistemas-tampão ...............................................................................45
Unidade 2
Biomoléculas e macromoléculas – aminoácidos e proteínas .................65
Seção 1
Aminoácidos e peptídeos ................................................................67
Seção 2
Proteínas e ácidos nucleicos ............................................................87
Seção 3
Enzimas ...........................................................................................109
Unidade 3
Biomoléculas – carboidratos ...................................................................135
Seção 1
Introdução aos carboidratos ........................................................137
Seção 2
Metabolismo de carboidratos ......................................................153
Seção 3
Regulação do metabolismo de carboidratos ..............................171
Unidade 4
Lipídeos e vitaminas .................................................................................193
Seção 1
Lipídeos ...........................................................................................194
Seção 2
Metabolismo lipídico e vias de regulação ...................................211
Seção 3
Vitaminas ........................................................................................224
Palavras do autor
Caro aluno, bem-vindo à disciplina de Bioquímica Geral.Acreditamos que, para a educação na área de ciências da vida, é fundamental uma compreensão coerente e significativa dos princí-
pios básicos da bioquímica. Uma vez que domine esses conceitos, você 
estará preparado para lidar com os problemas envolvendo bioquímica em 
sua profissão. Como a bioquímica concentra-se em processos que ocorrem 
em um nível molecular, discutiremos temas ativos e contemporâneos que 
envolvem diversos campos da investigação científica, fornecendo bases 
conceituais para muitas disciplinas de várias formações. Para tanto, buscamos 
uma cobertura abrangente de situações cotidianas que possivelmente farão 
parte do dia a dia profissional.
Assim, procuramos apresentar os conteúdos de cada área de forma 
equilibrada, contemplando a química, a biologia e suas aplicações nas áreas 
de pesquisa e desenvolvimento, laboratórios industriais e possíveis traba-
lhos de campo. Dessa forma, ao concluir a disciplina de Bioquímica Geral, 
você terá adquirido a compreensão necessária do caminho percorrido pelas 
biomoléculas e suas transformações de forma conectada às aplicações nos 
processos bioquímicos diversos.
Teremos quatro unidades neste material, em que se adota uma abordagem 
sofisticada e fortemente biomolecular aos conceitos centrais da bioquímica. A 
primeira unidade diz respeito à organização celular e aos processos metabó-
licos, em que serão apresentados os conceitos centrais em nível celular, 
biológico e químico. Depois, trataremos da química propriamente dita, nas 
seções Química básica de biomoléculas e Sistemas-tampão, que apresentarão 
os grupos de estruturas fundamentais químicos e suas respectivas funções 
biológicas, oferecendo uma noção da importância de fundamentos básicos 
de química tratados nesses tópicos.
Nas unidades seguintes, Biomoléculas e macromoléculas – aminoácidos e 
proteínas; Biomoléculas – carboidratos; e Lipídios e vitaminas, será feito um 
estudo mais aprofundado de cada uma das biomoléculas, explorando como 
a química de cada um desses grupos fundamentais influencia as funções 
biológicas em nível celular a ponto de gerar as informações que podem ser 
direcionadas, por exemplo, para explorar o desenvolvimento e a efetivação 
de produtos de uso em nossa sociedade. 
Esta disciplina tem como objetivo aplicar os conceitos químicos básicos 
importantes em bioquímica, explorando o conhecimento de aminoácidos, 
proteínas e enzimas, bem como reconhecer a importância das características 
funcionais dessas moléculas a partir de suas estruturas moleculares. Além 
disso, conheceremos os conceitos de carboidratos e suas vias metabólicas e 
seremos capazes de aplicá-los. Adicionalmente, compreenderemos a diver-
sidade química dos lipídios e vitaminas, suas funções biológicas, e apren-
deremos a identificar as vias de biossíntese das moléculas. É importante 
reconhecer que todas essas biomoléculas trabalham juntas, de maneira inter-
-relacionada, a fim de suprir uma questão biológica. Dessa forma, ao estudar 
esses blocos de construção biológicos, fique atento a três questões fundamen-
tais: a estrutura molecular, a função da biomolécula e a importância de cada 
classe de biomoléculas em nível biológico.
Sugerimos que você busque o entendimento de bioquímica geral com 
um olhar mais voltado para seu futuro cotidiano profissional. Para tanto, 
reflita sobre as questões bioquímicas a fim de construir novos saberes e de 
adquirir competências que poderão favorecer um melhor desempenho em 
sua carreira. 
Bons estudos!
Unidade 1
Gisele Silvestre da Silva
Organização celular e química básica de 
biomoléculas
Convite ao estudo
Bioquímica é o ramo da ciência que explora os processos químicos dos 
organismos vivos. O assunto reúne biologia e química, no entanto nada mais 
é do que um simples encontro dessas duas ciências fundamentais para o 
entendimento do funcionamento celular dos indivíduos.
Nesta unidade, estudaremos os conceitos essenciais de biologia e química, 
pois eles nos ajudarão a responder questões como: o que é um ser vivo? O 
que são células? Quais são os tipos de células existentes no planeta? O que é 
átomo? O que é ácido? Por que esses conceitos são importantes? 
Ao concluir esta unidade, você deverá conhecer e ser capaz de aplicar os 
conceitos químicos básicos e importantes em bioquímica e, assim, saberá corre-
lacionar os conceitos químicos de ácido-base dentro de contextos biológicos.
Acompanhemos um profissional da área bioindustrial chamado João, que 
tem em seu currículo uma sólida formação acadêmica, tendo concluído duas 
graduações na área de ciência e tecnologia – Química e Engenharia Florestal. 
Além disso, desenvolveu um projeto de pós-graduação de forma integrada 
ao contexto industrial em áreas correlacionadasà agronomia e à hidrologia 
florestal aplicada ao manejo de bacias hidrográficas. Depois disso, ele traba-
lhou em diversas indústrias no ramo da engenharia química, realizando 
trabalhos associados aos setores farmacêuticos e de alimentos.
Experiências diversas lhe renderam uma sólida carreira profissional. 
Atualmente, João trabalha com consultoria científica multidisciplinar para 
empresas de cunho industrial nas áreas de pesquisa e desenvolvimento de 
novos produtos nos setores de alimentos, medicamentos e agricultura. Além 
disso, João presta serviços como a formulação de pareceres e relatórios técni-
co-científicos na área de gestão industrial. Sua excelente formação acadêmica 
conjugada as suas experiências profissionais tem possibilitado uma ampla 
expertise em vários setores do ramo industrial e tem feito de João um analista 
requisitado nesse mercado. A seguir, conheceremos um pouco o trabalho de 
consultoria técnico-científico de João e o ajudaremos no desenvolvimento de 
estratégias para a solução de futuros problemas do seu dia a dia profissional.
Nas seções desta primeira unidade, abordaremos a definição de bioquí-
mica, a organização intracelular e compartimentalização, aprenderemos as 
diferenças básicas das células procariontes e eucariontes, e conheceremos 
os constituintes moleculares dessas células. Ainda, veremos a compo-
sição química da matéria, os elementos químicos formadores da vida. 
Discutiremos sobre a importância biológica da água e sua propriedade 
físico-química e finalizaremos com o conceito de ácido-base, pH, seus 
indicadores e sistemas tampões.
9
Seção 1
Organização celular e processos metabólicos
Diálogo aberto
Os conhecimentos em química e biologia básica são de fundamental 
relevância para o entendimento de conceitos bioquímicos presentes em 
nossa vida cotidiana e nos processos industriais que geram produtos, que 
vão desde o pão à cerveja. Portanto, é imprescindível que estudantes de nível 
superior em Agronomia, Química e outras engenharias tenham domínio dos 
conceitos bioquímicos que serão discutidos nesta seção.
Nos laboratórios industriais ou no trabalho de campo, os conceitos de 
bioquímica são de grande relevância por estarem envolvidos em processos 
biológicos universais: nas estrelas, na terra, em nossas células, em sistemas 
biológicos diversos.
Retomando nosso contexto de aprendizagem, encontramos João, nosso 
profissional da área bioindustrial, que foi solicitado para participar de um 
processo seletivo para a vaga de analista de água em uma grande indústria 
do ramo de bebidas alcoólicas, situada em um destacado polo industrial. 
O gestor de vagas queria avaliar o conhecimento de conceitos básicos de 
bioquímica e a capacidade dos candidatos de descrever conceitos simples que 
fossem utilizados no cotidiano da indústria. 
Partindo dessa premissa, João propôs um texto, para contextualização dos 
candidatos, que trazia como tema central duas das espécies de leveduras mais 
utilizadas em cervejarias, do gênero Saccharomyces: Saccharomyces cerevisiae 
(de alta fermentação) e Saccharomyces uvarum (de baixa fermentação). Essas 
linhagens de leveduras são capazes de produzir dois metabólitos primários 
importantíssimos na cerveja, que são o etanol e o dióxido de carbono, além 
dos compostos secundários responsáveis pelo gosto da bebida.
João solicitou aos candidatos que, partindo do contexto explanado, 
apontassem quais das cinco afirmativas apresentadas eram verdadeiras e que 
justificassem suas respostas.
As afirmativas foram as seguintes:
1. As leveduras são micro-organismos eucarióticos predominantemente 
unicelulares e pertencentes ao Reino Fungi.
2. O álcool etílico da cerveja é composto de três elementos essenciais e o 
dióxido de carbono, por sua vez, é composto de dois elementos essenciais.
10
3. A água é um solvente universal.
4. A água é matéria-prima da cerveja.
5. A teoria de Arrhenius é baseada na capacidade de a molécula receber 
ou doar elétrons. Já a teoria de Lewis é baseada na capacidade de o 
composto gerar prótons e hidroxila.
Se você fosse um dos candidatos à vaga, qual resposta você daria ao 
responsável pela seleção e como você justificaria essa resposta de maneira 
que demonstrasse seu domínio dos conhecimentos bioquímicos envolvidos 
em cada afirmativa?
Para ajudá-lo a chegar à resposta para esses questionamentos, trabalha-
remos nesta primeira seção a definição de bioquímica, a organização intra-
celular e sua compartimentalização, as diferenças entre células procariontes e 
eucariontes, os constituintes moleculares das células e a composição química 
da matéria. Também falaremos sobre os elementos químicos formadores da 
vida, sobre a importância das propriedades físico-químicas da água e finali-
zaremos com os conceitos de ácido e base.
Não pode faltar
Definição de bioquímica
 A bioquímica é o ramo da ciência que explora os processos químicos 
relacionados aos organismos vivos. De forma mais específica, concentra-se 
em processos que acontecem em um nível molecular. Dessa forma, estuda 
o que acontece dentro de nossas células, analisando o comportamento dos 
componentes essenciais, como proteínas, lipídios, carboidratos e vitaminas, 
entre outros. 
É uma ciência que evoluiu pautada em resultados multidisciplinares 
de diversas ciências, por meio de muitas pesquisas no campo das ciências 
básicas, clínicas e laboratoriais, e que reúne muitos conceitos de biologia 
e química. Portanto, dados experimentais levaram à construção dos seus 
conceitos fundamentais. 
De caráter multidisciplinar, a bioquímica abrange uma gama de disci-
plinas científicas, incluindo genética, microbiologia, ciência forense, ciência 
vegetal, medicina, dentre outros. Por esse motivo, ela é muito importante 
para inúmeros profissionais. Por exemplo, na medicina, ela pode nos ajudar 
a descobrir como os microrganismos patogênicos funcionam e a compre-
ender a melhor maneira de superá-los. Também nos permite compreender os 
11
diferentes efeitos dos medicamentos em nosso corpo, de modo que os efeitos 
nocivos das drogas possam ser conhecidos a fim de garantir o seu manejo 
adequado. Na agricultura, a bioquímica pode ajudar a desenvolver agrotó-
xicos que controlem plantas daninhas e insetos sem causar danos excessivos 
às culturas. Seus conceitos também são aplicados no melhoramento vegetal 
com fins de aumento de produtividade das culturas e resistência a pragas, 
técnicas já muito utilizadas. 
A bioquímica tem muitas aplicações que podem ajudar a raça humana, e é por 
isso que é tão importante entender como os organismos biológicos funcionam.
Organização intracelular
Célula – a unidade química de organismos vivos 
Resumidamente, para ser considerado um ser vivo, além da presença 
fundamental da unidade chamada de célula, o organismo deve apresentar 
certas características como: buscar energia para sobreviver; responder a 
estímulos do meio; reproduzir; evoluir, e ainda ter metabolismo próprio.
Dessa forma, os humanos, os animais, as plantas e os microrganismos, como 
fungos e bactérias, preenchem facilmente todos esses critérios de seres vivos.
Os organismos vivos são estruturalmente complexos e altamente organi-
zados. Eles possuem estruturas internas combinadas com muitos tipos de 
moléculas. Ao contrário, grande parte da matéria inanimada presente em 
nosso ambiente – argila, areia, rochas, água do mar – consiste em misturas 
de compostos químicos relativamente mais simples.
Os seres vivos são capazes de extrair, transformar e utilizar energia de 
seu ambiente, geralmente na forma de nutrientes químicos ou da energia 
radiante da luz solar. Essa energia permite que organismos vivos construam e 
mantenham suas próprias estruturas, façam trabalhos mecânicos, químicos, 
osmóticos, dentre outros. Já a matéria inanimada não tem a capacidade de 
utilizar a energia de maneira sistemática para manter a estrutura ou realizar 
trabalho. Além disso, os seres vivos têm a capacidade de autorreplicação e 
automontagem.A capacidade de se replicar é única dos seres vivos.
Reflita
Reflita um pouco sobre a definição de ser vivo. Como você definiria 
a vida? Você adicionaria algo à lista de propriedades apresentada, 
subtrairia algo ou usaria uma definição totalmente diferente? Você 
consegue pensar em exceções ou casos especiais que não são cobertos 
pelas descrições apresentadas? Vírus são seres vivos?
12
Uma única célula bacteriana, por exemplo, colocada em um meio 
nutriente estéril pode dar origem a um bilhão de células-filhas idênticas em 
24 horas. Cada uma das células contém milhares de moléculas diferentes, 
algumas extremamente complexas. No entanto, cada bactéria é uma cópia 
fiel do original, construída inteiramente a partir de informações contidas no 
material genético da célula original. Longe disso, misturas de matéria inani-
mada não apresentam capacidade de crescimento e reprodução em formas 
idênticas em massa, forma e estrutura interna, e não apresentam capacidade 
de passar essas informações de uma geração para outra.
Curiosamente, seres inanimados podem mostrar algumas propriedades 
da vida, mas não todas. Por exemplo, cristais de neve são organizados, 
embora não tenham células, podem crescer, mas não cumprem os outros 
critérios da vida. Da mesma forma, o fogo é um fenômeno da natureza 
que pode crescer, responder a estímulos do meio. No entanto, o fogo não é 
organizado, não mantém a homeostase e não possui informação genética. 
Dessa forma, cristais e fogos são considerados seres inanimados.
Saiba mais
Você sabia que os vírus não são considerados seres vivos por uma grande 
parte dos cientistas? Isso ocorre pelo fato de eles serem acelulares e não 
terem metabolismo próprio, pois sabemos que eles agem como se fossem 
parasitas, ou seja, para qualquer atividade, como nutrição e reprodução, 
eles se utilizam de todo aparato da célula hospedeira.
Características básicas das células
Unicelulares e pluricelulares
As células são as unidades estruturais e funcionais de todos os organismos 
vivos. Há seres que são constituídos de uma única célula (unicelulares), como 
as bactérias e os protozoários, e são microscópicos; enquanto organismos 
maiores são formados por múltiplas células (pluricelulares). A maioria dos 
seres vivos, animais e plantas são pluricelulares. Estes, por sua vez, contêm 
muitos tipos diferentes de células, que variam em tamanho, forma e função 
especializada. Apesar de suas muitas diferenças, células de todos os tipos 
compartilham certas características estruturais. 
Procariontes e eucariontes
A célula é a unidade estrutural básica de eucariotos, organismos 
cujas as células contêm um núcleo e outras organelas bem definidas que 
13
desempenham funções específicas. Toda a informação genética do organismo 
eucariótico encontra-se dentro do núcleo. As células procarióticas, por 
sua vez, são células que não têm um núcleo verdadeiro e/ou a maioria das 
outras organelas celulares. Seu material genético fica disperso no citoplasma. 
Organismos desse grupo são principalmente bactérias e cianobacterias.
Assimile
Você sabia que os eucariotos podem ser unicelulares? Muitos pensam 
que eucariontes são todos multicelulares, mas isso não é o caso. Embora 
os procariontes sejam sempre organismos unicelulares, os eucariotos 
podem ser unicelulares ou multicelulares. Nos procariontes (bactérias 
e cianobactérias), não é possível observar o material genético em um 
núcleo verdadeiro; já nos eucariontes, observa-se a presença de núcleo 
delimitado por membrana nuclear (carioteca).
Figura 1.1 | Diferenças básicas entre as células animais eucarióticas (mais complexas) 
e as células bacterianas procarióticas (mais simples)
Fonte: Nelson e Cox (2019, p. 3).
Compartimentalização básica dos eucariotos
Analogamente, assim como em nossa sociedade há profissões nas quais 
as pessoas realizam um trabalho específico muito bem, a célula apresenta 
sub-regiões, e cada uma delas permite que certas funções celulares operem 
de forma mais eficaz. Como tal, a subdivisão de células em compartimentos 
ou partes discretas permite que a célula crie ambientes especializados para 
funções específicas. Esses compartimentos podem ser organelas, estruturas 
específicas que assumem conjuntos de tarefas dentro da célula, ou podem 
ser regiões locais da célula, definidas pela concentração de moléculas com 
características e funções especiais. 
14
As células eucarióticas são compostas de uma matriz de estruturas subce-
lulares (organelas) que desempenham papéis importantes no balanço de 
energia, no metabolismo e na expressão gênica. O núcleo celular contém 
as informações, na forma de DNA e RNA, para a síntese de proteínas. O 
citoplasma, composto de uma solução aquosa, o citosol, é o ambiente onde 
as organelas ficam suspensas. Constituindo um pouco mais da metade do 
volume total da célula, é o local em que ocorrem os processos de síntese e 
degradação de proteínas, em organelas específicas.
Dentro desse contexto, é fácil perceber que todas as reações que ocorrem 
nas células acontecem em um certo espaço – compartimento, que se separa 
de outros por meio de membranas semipermeáveis. Eles ajudam a separar até 
mesmo ambientes quimicamente heterogêneos, para, assim, otimizar o curso 
das reações químicas.
Os componentes químicos de uma célula
Matéria e elementos químicos formadores da vida
A matéria é composta de combinações de elementos – substâncias 
como o hidrogênio ou o carbono, que não podem ser decompostos ou 
convertidos em outras substâncias por meios químicos. A menor partícula 
de um elemento que ainda retém suas propriedades químicas distintas é 
um átomo. No entanto, as características de outras substâncias que não os 
elementos puros – incluindo os materiais dos quais as células vivas são feitas 
– dependem da maneira como seus átomos estão ligados em grupos para 
formar moléculas. 
Do ponto de vista químico, os seres vivos são constituídos, princi-
palmente, de elementos simples e comuns presentes em todo o universo: 
carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio, além de outros elementos 
presentes em quantidades relativamente menores. Esses elementos químicos 
se agrupam em blocos de construção biológica essenciais para as funções da 
vida, como o processo de respiração, contração muscular, movimentos peris-
tálticos e fornecimento de energia, por exemplo. As células mantêm sistemas 
altamente integrados que se autorregulam por meio da atuação em equilíbrio 
físico-químico dinâmico das biomoléculas.
Interações moleculares
Todas as características de uma célula, como mecanismo de crescimento, 
comunicação e defesa, dependem das moléculas e das interações que elas são 
capazes de fazer no meio em que se encontram (intra ou extracelular).
15
De forma simplificada, uma molécula pode ser definida como um 
aglomerado de átomos mantidos juntos por ligações covalentes. 
Ligações covalentes típicas são mais fortes do que as energias térmicas 
por um fator de 100, então elas são resistentes, sem sofrer separação quando 
submetidas aos movimentos térmicos, e normalmente são quebradas apenas 
durante reações químicas específicas com outros átomos. A produção e 
quebra de ligações covalentes são eventos energéticos, e em células vivas eles 
são cuidadosamente controlados por catalisadores altamente específicos, 
chamados de enzimas. 
Por outro lado, as ligações não covalentes são interações mais fracas, 
como: interação iônica, interação dipolo-dipolo, interação dipolo-íon, 
ligação de hidrogênio, forças de dispersão de London. Embora sejam mais 
fracas do ponto de vista energético, esse tipo de ligação tem uma relevância 
singular no meio biológico, uma vez que é importante nas reações químicas 
celulares, nas situações em que as moléculas precisam se associar e se disso-
ciar prontamente para realizar suas funções. As ligações não covalentes são 
críticas na manutenção das estruturas tridimensionais de moléculas grandes, 
como proteínas e ácidos nucléicos.
Pesquise mais
Um assuntode química fundamental para o entendimento completo 
das atuações das moléculas em sistemas biológicos são as forças inter-
moleculares. Dessa forma, para aprofundar o seu conhecimento do 
tema, sugerimos a leitura do artigo a seguir:
ROCHA, W. R. Interações intermoleculares. Cadernos Temáticos de 
Química Nova na Escola, São Paulo, n. 4, maio 2001.
Água e suas propriedades físico-químicas
A água é a molécula mais abundante nas células, representando 70% ou mais 
da massa celular total. Consequentemente, as interações entre a água e os outros 
constituintes das células são de importância central na química biológica. Uma 
propriedade crítica da água nesse contexto relaciona-se à sua polaridade.
A molécula de água, 2H O , é composta de um átomo de oxigênio e dois 
átomos de hidrogênio. Esses átomos são ligados covalentemente. Em uma 
molécula de água, o hidrogênio carrega uma carga parcial molecular positiva, 
enquanto o oxigênio carrega uma carga parcial molecular negativa. Assim, 
uma molécula de água é uma molécula polar, porque tem polos, positivos e 
16
negativos. Dentro desse contexto eletrônico, a polaridade na água é o resul-
tado da diferença de densidade de carga entre os constituintes de uma 
molécula, no caso, oxigênio e hidrogênio.
Para que possamos entender melhor esse contexto, apresentamos o 
conceito de densidade eletrônica, representado na Figura 1.2. Compreenda 
essa ilustração como se os elétrons da molécula estivessem compartilhados e 
distribuídos por toda a molécula de água. No entanto, dada à natureza eletro-
negativa de cada átomo, a nuvem eletrônica proporciona uma distribuição 
assimétrica. Por isso, ela se torna uma molécula polar. Ao passo que, se a 
distribuição eletrônica for simétrica, ela é dita apolar.
Figura 1.2 | Ilustração da nuvem eletrônica do oxigênio, água, propano e etanol e suas respec-
tivas estruturas
Fonte: elaborada pela autora.
Essa assimetria na nuvem confere às moléculas uma distorção da nuvem 
eletrônica, gerando um momento de dipolo ou momento dipolar resultante 
( )rµ diferente de zero. Conceituando polaridade em função do momento 
dipolar, podemos inferir que: se o momento dipolar for igual a zero, então a 
molécula é dita apolar. Em contrapartida, se a molécula possui momento 
dipolar diferente de zero, ela é polar.
Exemplificando
Para uma melhor compreensão desse conceito de polaridade, veja 
alguns exemplos de moléculas polares e apolares no Quadro 1.1.
17
Quadro 1.1 | Moléculas polares e apolares
m = or m ¹ or
Apolar Polar
2 2 2, ,H O Cl 2H O , éter, metanol
Fonte: elaborado pela autora.
Por causa de sua natureza polar, as moléculas de água podem formar 
ligações de hidrogênio umas com as outras ou com outras moléculas polares, 
bem como interagir com íons carregados positiva ou negativamente. Os íons 
inorgânicos da célula, incluindo sódio (Na+), potássio ( +K ), magnésio (
+2Mg ), cálcio ( +2Ca ), fosfato ( -24HPO ), cloreto ( -Cl ) e bicarbonato ( -3HCO
), constituem 1% ou menos da massa celular. Esses íons estão envolvidos em 
vários aspectos do metabolismo celular e, portanto, desempenham papéis 
críticos na função celular. 
Teorias e conceito ácido-base
Existem três principais teorias quanto ao conceito de compostos ácidos 
ou bases, baseados nas definições de ácidos e bases de Arrhenius, Brønsted-
Lowry e Lewis. Na sequência, apresentamos as definições e exemplos de 
ácidos e bases que correspondem às respectivas teorias.
Teoria de Arrhenius
Em 1884, o químico sueco Svante Arrhenius propôs duas classificações 
específicas de compostos: ácidos e bases. Ele observou que quando alguns 
compostos eram dissolvidos em uma solução aquosa, certos íons eram 
liberados na solução – como o ácido clorídrico, por exemplo. Nessa reação, o 
ácido clorídrico se dissocia completamente em íons de hidrogênio ( +H ) e 
cloro ( -Cl ) quando dissolvido em água, liberando íons +3H O na solução. 
Formação da equação do íon hidrônio (Reação 1.1):
( ) ( ) ( ) (1 . 1)aq aq aqHCl H Cl+ -+« 
Dentro desse contexto, um ácido de Arrhenius é um composto que 
aumenta a concentração dos prótons que estão presentes quando adicio-
nados à água. Esse processo é melhor representado em uma equação química 
a partir da adição de H2O ao ácido clorídrico (Reação 1.2).
( ) 2 ( ) 3 ( ) ( ) (1.2) aq aq aq aqHCl H O H O Cl+ -++ « 
18
A teoria de Arrhenius é a descrição mais simples e menos geral de ácidos 
e bases; e inclui 4HClO , HBr e bases, como NaOH ou 2( )Mg OH . Ela descreve 
com sucesso como ácidos e bases reagem uns com os outros para produzir água 
e sais. No entanto, isso não explica por que algumas substâncias que não contêm 
íons de hidróxido podem fazer soluções básicas em água. Além disso, essa teoria 
aplica-se exclusivamente a espécies em solução aquosa, no entanto, diferentes 
reações ácido-base também ocorrem com moléculas no estado gasoso. A 
definição de ácidos e bases de Brønsted-Lowry aborda melhor esse problema.
Teoria de Brønsted e Lowry
Em 1923, os químicos Johannes Nicolaus Brønsted e Thomas Martin 
Lowry desenvolveram, de forma independente, definições de ácidos e bases 
baseadas nas propriedades dos compostos para doar ou aceitar prótons. 
Nessa nova teoria, os ácidos são definidos como doadores de prótons, 
enquanto as bases são definidas como aceitantes de prótons. Um composto 
que atua como ácido e base de Brønsted-Lowry é chamado de anfotérico. Por 
exemplo, água é um composto anfótero. Isso levou a definição de ácido-base 
a um passo adiante, já que uma substância não precisava mais ser composta 
de íons hidrogênio ou hidróxido para ser classificada como um ácido ou 
como uma base.
Considere a seguinte equação química:
3 4( ) ( ) ( ) (1 .3) aq aq aqHCl NH NH Cl+ + -++ « 
Aqui, o ácido clorídrico doa um próton à amônia. Esta, por sua vez, o aceita, 
tornando-se o cátion amônio carregado positivamente e um íon cloreto carre-
gado negativamente. Portanto, o HCl é um ácido de Brønsted-Lowry (doa um 
próton) enquanto a amônia é uma base de Brønsted-Lowry (aceita um próton). 
Além disso, o íon cloreto é chamado de base conjugada do ácido clorídrico e o 
cátion amônio é chamado de ácido conjugado da base amônia.
Nessa teoria, um ácido é uma substância que pode liberar um próton 
(como na teoria de Arrhenius) e uma base é uma substância que pode aceitar 
um próton.
Teoria de Lewis
Em 1923, G. N. Lewis sugeriu outra maneira de observar a reação entre os 
íons prótons e hidroxilas. No modelo de Brønsted, a hidroxila é a espécie ativa 
nessa reação, que aceita um íon próton para formar uma ligação covalente. 
Em contrapartida, no modelo de Lewis, o próton é a espécie ativa, que aceita 
um par de elétrons da hidroxila para formar uma ligação covalente. Observe 
que, por esse modelo, verifica-se a transferência de elétrons.
19
Na teoria de Lewis de reações ácido-base, bases doam pares de elétrons 
e ácidos aceitam pares de elétrons. Um ácido de Lewis é, portanto, qualquer 
substância, como um próton, que pode aceitar um par de elétrons não ligantes. 
Em outras palavras, um ácido de Lewis é um aceitador de pares de elétrons. 
Uma base de Lewis é qualquer substância que pode doar um par de elétrons 
não ligantes. Uma base de Lewis é, portanto, um doador de pares de elétrons. 
Uma vantagem da teoria de Lewis é a maneira como complementa o 
modelo das reações de redução da oxidação. Essas reações envolvem uma 
transferência de elétrons de um átomo para outro, com uma mudança líquida 
no número de oxidação de um ou mais átomos. Na prática, substâncias que 
são consideradas ácidos, pela definição de Lewis, além daquelas associadas 
a íons de hidrogênio e prótons, são especificamente referidas como ácidos 
de Lewis. As bases de Lewis incluem amônia e seus derivados orgânicos, 
os óxidos dos metais alcalinos e alcalino-terrosos e a maioria dos átomos e 
moléculas com cargas elétricas negativas (ânions).
Sem medo de errar
Nesta seção, nosso consultor científico João estava envolvido coma seleção 
de jovens para uma vaga de analista em uma indústria de bebidas alcoólicas. 
Ele recomendou que algumas afirmações ligadas a conceitos bioquímicos 
fossem apresentadas aos participantes, que deveriam apontar quais eram 
verdadeiras e justificar as suas respostas. Dessa forma, seria possível verificar 
o nível de conhecimento bioquímico dos candidatos, envolvidos em cada 
afirmativa. Para responder a essa situação-problema, é necessário conhecer 
os conceitos básicos de bioquímica e demonstrar a capacidade de descrever 
conceitos relacionados às atividades que os aprovados exercerão. Assim, 
analisando cada afirmação, temos que:
1. As leveduras são micro-organismos eucarióticos predominante-
mente unicelulares e pertencentes ao Reino Fungi. CORRETO. A 
levedura é considerada um organismo eucariótico devido ao seu 
corpo nuclear fechado dentro de uma membrana (uma membrana 
nuclear) e ao fato de ter organelas específicas como o complexo de 
Golgi, mitocôndrias e vesículas lisossomais com funções específicas.
2. O álcool etílico da cerveja é composto de três elementos essenciais e o 
dióxido de carbono, por sua vez, é composto de dois elementos essen-
ciais. CORRETO, visto que a composição do álcool etílico apresenta 
carbono, hidrogênio e oxigênio ( 3 2 ( , , )CH CH OH C H O e o dióxido de 
carbono é formado apenas por carbono e oxigênio [( 2( , )CO C O ].
20
3. A água é um solvente universal. CORRETO, pois a água é capaz de 
dissolver uma variedade de substâncias diferentes, o que faz dela um 
solvente tão bom. Ela é chamada de solvente universal por dissolver 
mais substâncias do que qualquer outro líquido. Isso é importante 
para todos os seres vivos da terra, já que por onde a água passar, 
seja através do solo ou através de nossos corpos, ela levará consigo 
produtos químicos, minerais e nutrientes valiosos. 
4. É a composição química e os atributos físicos da água que a tornam 
um excelente solvente. As moléculas de água têm um arranjo polar 
dos átomos de oxigênio e hidrogênio – um lado (hidrogênio) tem 
uma carga elétrica positiva e o outro lado (oxigênio) tem uma carga 
negativa. Isso permite que a molécula de água seja atraída por muitos 
outros tipos diferentes de moléculas. A água pode se tornar tão forte-
mente atraída por uma molécula diferente, como o sal (NaCl), que 
pode atrapalhar as forças atrativas que mantêm o sódio e o cloreto na 
molécula de sal juntos e, assim, dissolvê-lo.
5. A água é matéria-prima da cerveja. CORRETO. A água corresponde 
a cerca de 90% de toda a composição da cerveja. Salvo, algumas 
cervejas com teores de álcool superior ao usual (3-5%).
6. A teoria de Arrhenius é baseada na capacidade de a molécula receber 
ou doar elétrons. Já a teoria de Lewis é baseada na capacidade de o 
composto gerar prótons e hidroxila. INCORRETO. A afirmativa correta 
é o oposto. Pela teoria de Arrhenius, formam-se prótons e hidroxila, 
para ácidos e bases, respectivamente. E, pela teoria de Lewis, os ácidos e 
as bases são capazes de doar e receber elétrons, respectivamente.
Assim, essas seriam as possíveis respostas para as questões levantadas.
Avançando na prática
Solubilidade, forças intermoleculares de composto 
em água no contexto industrial
A solubilidade é definida como a quantidade máxima de uma substância 
que pode ser completamente dissolvida em uma determinada quantidade de 
solvente e representa um conceito fundamental em campos de pesquisa, como 
química, física, ciência dos alimentos, ciências farmacêuticas e biológicas.
21
As forças intermoleculares têm uma relação íntima com o princípio de 
solubilidades. De forma geral, podemos afirmar que quanto mais fortes as 
forças intermoleculares entre a molécula de soluto e a molécula de solvente, 
maior a solubilidade do soluto no solvente.
• As moléculas polares são solúveis em solventes polares (a força inter-
molecular predominante é a atração dipolo-dipolo entre a molécula 
do soluto polar e a molécula do solvente polar).
• As moléculas não polares são solúveis em solventes não polares (a força 
intermolecular predominante é a atração de dispersão de London entre 
a molécula de soluto não polar e a molécula de solvente não polar). 
• Moléculas polares e moléculas não polares não se misturam.
Dentro desse contexto, um analista, deparou-se com uma situação em seu 
laboratório de processos e formulações farmacêuticas. A equipe estava plane-
jando uma fórmula líquida para um suplemento alimentar que deve conter 
a vitamina A e vitamina C. Os possíveis solventes podem ser água ou álcool.
Partindo dos seus conhecimentos sobre forças intermoleculares e sobre 
a estrutura das moléculas, coloque-se no lugar desse analista e escolha o 
solvente mais adequado para a formulação do suplemento. Por fim, justifique 
a sua escolha. Para ajudá-lo a resolver essa questão, não se esqueça de que 
“semelhante dissolve em semelhante”.
Resolução da situação-problema
A situação levantada explora o conceito de solubilidade correla-
cionado a estruturas do soluto e solvente, e suas respectivas interações 
fracas. Nesse caso, deve-se escolher o solvente em função da solubili-
dade, sabendo que quanto mais interação intermolecular entre soluto e 
solvente, maior será a solubilidade. 
A vitamina A é um álcool com uma cadeia carbônica longa (parte apolar) 
e somente um grupo OH (parte polar). Como o grupo OH constitui uma 
parte muito pequena da molécula, o retinol (vitamina A) pode ser conside-
rado como uma substância pouco polar. 
Ao contrário, a vitamina C pode ser considerada uma substância polar, 
pois tem uma estrutura menor e um maior número de grupos OH. Esses e os 
outros átomos de oxigênio na molécula podem interagir com as moléculas 
da água e com o metanol através das ligações de hidrogênio. Estas interações 
contribuem significativamente para o aumento da solubilidade nesses dois 
solventes. Como semelhante dissolve em semelhante, não é possível fazer a 
22
formulação apenas com a água. A cadeia carbônica longa, cadeia carbônica 
da vitamina A, não dissolve em água.
Figura 1.3 | Estruturas dos possíveis constituintes da formulação líquida de um suplemento 
alimentar (soluto: vitamina A e C; solventes: água ou metanol)
Fonte: elaborada pela autora.
Portanto, a formulação contendo vitamina A e vitamina C deve conter 
ambos os solventes.
A questão admite outras sugestões, desde que dentro de seu escopo.
Por exemplo, admite supor um terceiro composto com propriedades mais 
apolares, ou, ainda, sugerir uma formulação em óleo essencial.
Faça valer a pena
1. Os seres vivos exibem diferentes graus de organização celular. Os átomos são 
organizados em moléculas; as moléculas, em organelas; as organelas, em células, e 
assim por diante. Todos os seres vivos são compostos de uma ou mais células, e as 
funções de um organismo multicelular são uma consequência dos tipos de células 
que ele possui. Como sabemos, as células se dividem em dois grandes grupos: proca-
riotos e eucariotos. As células procarióticas são menores (como regra geral) e não 
têm grande parte da compartimentalização e complexidade internas das células 
eucarióticas. Não importa qual tipo de célula estamos considerando, todas as células 
23
têm certas características em comum, como uma membrana celular, DNA e RNA, 
citoplasma e ribossomos.
A respeito da definição dos seres vivos e da organização celular, analise as alternativas 
e aponte a correta.
a. Seres vivos, como bactérias, fungos, leveduras e parasitas, são formados por várias 
células que desempenham funções diversas para o funcionamento do organismo.
b. Vírus são organismos celulares, muito simples e pequenos (medem menos de 
0,2 µm), formados por uma cápsula proteica envolvendo o material genético.
c. A mitocôndria é uma organela semipermeável que envolve o citoplasma de 
uma célula formada por fosfolipídios. Suas funções são de sustentar e proteger 
a integridade do interior da célula.
d. Além de delimitar o conteúdo celular, a membrana plasmática está associadacom a geração de energia em algumas células eucarióticas, como as hemácias, 
e também nas células bacterianas, devido à presença de citocromos e enzimas 
da cadeia de transporte de elétrons.
e. O núcleo organizado existe em todos os tipos de células e dentre suas princi-
pais funções está a de participar da transmissão de informações genéticas da 
célula-mãe para as células-filhas.
2. A acetilcolina (ACh) é um neurotransmissor que auxilia na comunicação entre 
os neurônios, na formação de memórias. Dentre outras funções, a ACh também está 
envolvida em processos de contração muscular, associados, por exemplo, com os 
batimentos cardíacos e com a dilatação pulmonar, nos sistemas cardiovasculares e 
respiratório, respectivamente. Além disso, é um neurotransmissor responsável por 
processos relacionados à consolidação da memória, da concentração e da aprendi-
zagem. A fim de cessar a ação biológica do neurotransmissor, entra em funciona-
mento uma enzima hidrolase. A enzima promove a hidrólise da acetilcolina através 
de clivagem, levando à formação de colina e ácido acético (Figura 1.4).
Figura 1.4 | Representação da hidrólise do neurotransmissor colinérgico acetilcolina
Fonte: elaborada pela autora
24
Considerando as informações do texto e a imagem apresentada, avalie as afirmativas a seguir:
I. A colina e acetilcolina conservam em sua estrutura um composto de carga 
positiva (cátion). Esse tipo de estrutura pode interagir com outros íons 
através de atrações eletrostáticas.
II. IA amina terciária protonada (porção positiva) da acetilcolina pode fazer 
interações do tipo íon-dipolo com a molécula de água.
III. Acetilcolina é um éster e a colina é uma hidroxila. Houve quebra da ligação 
química do éster e formação de uma outra ligação covalente. Ambas são 
ligações do tipo covalente e, portanto, ligações fortes.
É correto o que se afirma em:
a. I, apenas.
b. II, apenas
c. I e II, apenas.
d. II e III, apenas.
e. I, II e III.
3. Os sítios de ligação da enzima acetilcolinesterase (AChE) são representados na 
figura a seguir. Neles, a acetilcolina (ACh) interage quimicamente com dois locais, 
aqui chamados de esterásico e aniônico.
Figura 1.6 | Representação da acetilcolina interagindo com os sítios da enzima AChE.
Fonte: elaborada pela autora.
Levando em consideração as informações apresentadas na imagem e as ligações 
químicas da ACh nos sítios de ligação enzimático, avalie as afirmações a seguir:
I. No sítio esterásico, a acetilcolina interage com o grupo éster da AChE 
através de uma ligação típica de hidrogênio. A hidroxila é o grupo receptor 
de hidrogênio e a carbonila é o grupo doador de hidrogênio.
25
II. No sítio aniônico, ocorrem interações eletrostáticas. A porção carregada 
negativamente do sítio aniônico interage com a porção carregada positiva-
mente do amônio quaternário.
III. As ligações químicas são ditas interações covalentes e as interações intermo-
leculares são ditas interações fracas.
 É correto o que se afirma em:
a. I, apenas.
b. III, apenas.
c. II e III, apenas.
d. I e II, apenas.
e. I, II e III.
26
Seção 2
Química básica de biomoléculas
Diálogo aberto
Caro aluno, o leite de vaca para consumo humano tem características 
de uma solução levemente ácida, com um pH entre 6,5 e 6,7 a 25 °C. O 
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa), por meio da 
Instrução Normativa nº 62/2011, estabelece requisitos para a avaliação da 
qualidade do leite. 
De acordo com a IN 62/2011, a acidez (g de ácido lático/100mL) do leite 
cru refrigerado integral tipo A deve variar de 0,14 a 0,18 para todas as varie-
dades de leite. 
Os principais componentes responsáveis por essa acidez são os fosfatos, 
os citratos, a caseína, albumina, dióxido de carbono e lactose.
As mudanças de pH que ocorrem comumente no leite decorrem de dois fatores:
1. Ação micro bacteriana, pela transformação de lactose em ácido lático. 
2. Adulterações e contaminação do leite.
É comum o uso de técnicas de adulteração à base de substâncias alcalinas 
ou conservantes. Por exemplo, utilizando-se de soda cáustica e água oxige-
nada, respectivamente. 
Retomando nosso contexto de aprendizagem, o consultor científico João 
está envolvido em uma capacitação, em uma indústria leiteira. Sua missão é 
instruir alguns profissionais dessa indústria quanto à determinação da acidez 
do leite. Essa é uma das medidas mais usadas no controle da matéria-prima 
pela indústria leiteira. O teste é usado para classificar o leite e, também, como 
um guia para controle de qualidade e produção da manufatura de produtos 
como o queijo, iogurte etc. 
O procedimento experimental consistiu na adição de uma solução de 
NaOH 0,1 M (solução de Dornic) às amostras de leite analisadas. Nessa 
capacitação, foram avaliados quatro tipos de leite: integral, in natura, desna-
tado e semidesnatado. João compilou os dados dos experimentos realizados 
no Quadro 1.2.
27
Quadro 1.2 | Dados de teor de acidez e pH no leite
Amostra pH Acidez (g de ácido láctico/100 mL)
Integral 6,9 24
In natura 6,8 26
Desnatado 6,5 17
Semidesnatado 6,6 16
Fonte: elaborado pela autora.
Colocando-se na situação de um dos analistas ouvintes, como você inter-
pretaria os dados obtidos?
• Primeiramente, interprete os dados do Quadro 1.2 quanto à acidez 
de cada tipo de leite avaliado por João no curso de capacitação, tendo 
como base as recomendações do Mapa.
• Por último, considerando os conceitos de acidez e possíveis processos 
de adulteração com soda cáustica, responda como você faria para 
reconhecer esse processo de adulteração do leite. 
• Explique também por que colocar soda cáustica na adulteração do leite.
Para ajudá-lo a responder a esses questionamentos, nesta seção trabalha-
remos com bioquímica das soluções aquosas, os conceitos relevantes sobre 
a bioquímica do pH. Também discutiremos sobre a bioquímica das células, 
sobre os processos de catabolismo e metabolismo, e sobre importância bioló-
gica da água nesse contexto. Para finalizarmos, veremos algumas aplicações 
básicas do conceito de ácido-base.
Tenha um bom trabalho e aproveite mais esta seção para se dedicar aos 
estudos em bioquímica.
Não pode faltar
Bioquímica das soluções aquosas
A água é o componente químico predominante dos organismos vivos. 
Todos os organismos são compostos principalmente de água, de tal forma 
que a maioria dos organismos eucarióticos é constituída de aproximada-
mente 90% de água, enquanto os procariontes são formados por cerca de 
70% de água. Nenhum organismo, nem mesmo os procariontes, pode se 
desenvolver e crescer sem a presença de água. 
28
De forma abrangente, a água atua como um solvente universal para 
reações químicas e também ajuda a transportar compostos dissolvidos para 
dentro e para fora das células. Dessa forma, os seres vivos dependem dos 
equilíbrios aquosos, especialmente do equilíbrio ácido-base. Nos organismos 
vivos, a água tem vários papéis, como: solvente, reagente e regulação da 
temperatura corporal. Aprofundaremos nosso conhecimento dessas funções 
essenciais na sequência desse texto.
Propriedades anômalas da água
A água líquida é um material complexo com muitas propriedades 
anômalas. Três dessas anomalias são uma constante dielétrica anormalmente 
alta, um ponto de ebulição anormalmente alto e uma fase sólida que é menos 
densa do que a fase líquida. Cada uma dessas características é conhecida por 
ter sido criticamente importante no desenvolvimento da vida na Terra. 
É interessante salientar que todas as propriedades especiais da água podem 
estar ligadas à capacidade única da água de formar pontes de hidrogênio. As 
ligações de hidrogênio da água formam uma espécie de rede transitória. Além 
disso, essas ligações de hidrogênio também produzem e controlam o arranjo 
tetraédrico local das moléculas de água. A força e a direcionalidade das ligações 
de hidrogênio controlam o comportamento dinâmico e termodinâmico da 
água líquida. Se a ligação de hidrogênio não existisse, a água secomportaria de 
maneira não anômala, conforme esperado de moléculas similares. Entender 
a estrutura média dessa rede e como ela muda através do diagrama de fases 
continua sendo o foco de pesquisas cientificas até os dias atuais.
Na forma gasosa, a água é uma das substâncias mais leves conhecida; 
na forma líquida, é muito mais densa do que o esperado; e na forma sólida, 
é muito mais leve do que o esperado, quando comparada com a sua forma 
líquida. Em outro contexto eletromagnético, as propriedades dielétricas e 
momento dipolar da água são importantes para entender suas propriedades 
como solvente universal. Graças a uma constante dielétrica mais elevada da 
água, ela apresenta excelente capacidade de dissolver sais. A constante dielé-
trica do solvente também afeta interações em solução que envolvem íons e 
moléculas polares, diminuindo a energia intermolecular quando a constante 
dielétrica aumenta. Os campos elétricos também têm a habilidade de diminuir a 
constante dielétrica da água, devido à resultante destruição parcial ou completa 
da rede de hidrogênio. Consequentemente, as propriedades de solubilidade da 
água mudarão na presença de tais campos e podem resultar na concentração 
de gases dissolvidos e moléculas hidrofóbicas nas superfícies.
29
Com um olhar de eletromagnetismo clássico, a água tem dois átomos de 
hidrogênio com núcleos carregados positivamente, ligados covalentemente a 
um átomo de oxigênio que, por ser bastante eletronegativo, tem uma nuvem 
negativa de elétrons relativamente densa. Na realidade, em um copo de água 
não temos apenas uma molécula de água, mas uma grande quantidade de 
moléculas próximas entre si, em movimento dinâmico. Ao se aproximarem 
umas das outras, há interação eletromagnética, gerando pequenas cargas 
devido à atração ou à repulsão eletrônica. Podemos chamar esse fenômeno 
de polarizabilidade da nuvem eletrônica, que pode sofrer uma distorção em 
função das ondas eletromagnéticas do meio. 
Agora, imagine que você coloca a água sob um determinado campo 
elétrico. O núcleo seria empurrado para um lado e a nuvem de elétrons seria 
empurrada para o outro lado. Isso significa que, em vez de ter muitos átomos 
neutros, você tem muitas cargas positivas a uma pequena distância das cargas 
negativas. Como chamamos quando uma carga positiva e uma carga negativa 
estão a uma pequena distância uma da outra? Um momento dipolo. E o que 
fazem os dipolos elétricos? Eles criam campos elétricos que podem interagir 
com outros campos magnéticos.
Um dipolo elétrico é gerado em torno da água devido à ligação entre os 
dois átomos de hidrogênio e um oxigênio como átomo central. Por apresentar 
dipolos, a água pode ser parcialmente alinhada por um campo elétrico, o 
que pode ser facilmente demonstrado pelo movimento de uma corrente de 
água por uma fonte eletrostática. São necessárias forças de campo muito altas 
para reorientar a água no gelo, de modo que o congelamento seja inibido. 
A água também é diamagnética e pode ser levitada em campos magnéticos 
muito altos. O aumento no índice de refração com campo magnético tem 
sido atribuído ao aumento da força de ligação de hidrogênio.
As ligações de hidrogênio são responsáveis pelo aumento no ponto de 
fusão da água e do deutério, indicando maior ordenação (menor entropia) na 
água líquida, dentro de um campo magnético. No entanto, campos magné-
ticos maiores podem sucumbir as redes de ligação e aumentar a entropia do 
sistema, transformando a água líquida em vapor de água. Dessa forma, nota-se 
que ligações de hidrogênio são favorecidas em campos energético mais baixos, 
haja a vista a grande rede de interações formada em sistemas sólidos.
As maiorias dos compostos com ligação iônica dissolvem em água. De 
forma simplificada, os átomos de oxigênio das moléculas de água são atraídos 
por cátions (íons com carga positiva) como o íon +Na e as moléculas de água 
o cercam. Essas moléculas de água atraem mais moléculas de água e 
formam-se ligações de hidrogênio entre elas. O resultado é um aglomerado 
30
de moléculas de água ao redor do íon. Da mesma forma, ânions (íons com 
uma carga negativa), como o íon -Cl , ficam cercados por aglomerados de 
moléculas de água. Dessa vez, as extremidades positivas da molécula de água, 
os átomos de hidrogênio, é que são atraídos para o ânion. Dessa forma, 
dizemos que os íons sódios ( +Na ) e cloretos ( -Cl ) estão hidratados (Figura 
1.7 (a)).
Figura 1.7 | Interações intermoleculares em diferentes tipos de compostos químicos
Fonte: elaborada pela autora.
Uma ampla gama de compostos moleculares também se dissolve na água, 
incluindo açúcares, aminoácidos, álcoois, ácidos carboxílicos, pequenos 
ácidos nucleicos e proteínas. Todas essas moléculas são polares, capazes 
de interagir por interação de hidrogênio (Figura 1.7 (d)). De forma geral, 
31
quanto maior a quantidade de interações fracas entre elas (isto é, Van Der 
Waals, interação iônica e interação de hidrogênio), maior a solubilidade.
Pesquise mais
Saiba mais sobre as interações intermoleculares no artigo a seguir:
ROCHA, W. R. Interações intermoleculares. Cadernos Temáticos de 
Química Nova na Escola, São Paulo, n. 4, maio 2001.
Veja também o capítulo 2 do livro a seguir:
CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica. 8. ed. São Paulo: Cengage 
Learning, 2015. cap. 2, p. 36-40.
Dentro desse contexto, surgem dois termos muito usados em bioquí-
mica, as interações hidrofóbicas e hidrofílicas. Essas interações descrevem as 
relações entre a água e os diferentes tipos de compostos.
As moléculas pouco solúveis em água são consideradas hidrofóbicas. 
Elas são moléculas apolares e geralmente têm uma longa cadeia de carbonos 
que não interagem com as moléculas de água (Figura 1.7 (c)). A mistura 
de gordura e água é um bom exemplo dessa interação particular. Dentre 
as importantes moléculas biológicas, apenas os lipídios (gorduras e óleos) 
e os polímeros grandes (por exemplo, polissacarídeos, proteínas grandes e 
DNA) não são solúveis em água. Ao contrário, todos os outros compostos 
que interagem facilmente com a água são chamados de hidrofílicos (metanol, 
ácidos etc.).
Assimile
Moléculas hidrofílicas versus hidrofóbicas
Do latim, o termo hidro significa simplesmente água, filo significa 
tendência para atrair e fobe significa tendência para repelir.
Dessa forma, as moléculas hidrofílicas são as moléculas que tendem a 
se misturar, a se dissolver ou a serem mais facilmente solubilizadas pela 
água. Exemplos: sais, álcoois, ácidos carboxílicos, ésteres etc.
Por outro lado, as moléculas hidrofóbicas são as que tendem a repelir 
ou a falhar ao tentarem se misturar com a água.
Exemplos: alcanos, compostos predominantemente aromáticos 
(compostos gordurosos em geral).
Reguladora de temperatura
As células hospedam uma enorme gama de reações químicas, e muitas 
delas são catalisadas por enzimas. A atividade da enzima é sensível à 
32
temperatura e as reações ocorrem apenas em uma faixa estreita de temperaturas. 
A água ajuda a regular as mudanças de temperatura por causa de sua capaci-
dade de calor específica ser relativamente alta (o calor necessário para elevar 1 
g de água em 1 oC). Também tem entalpia de vaporização relativamente grande 
(energia térmica necessária para converter um líquido em gás) e entalpia de 
fusão (energia térmica necessária para converter um sólido em líquido). Isso se 
reflete nos pontos de fusão e ebulição anormalmente altos da água.
Reagente
A água não é apenas o solvente no qual as reações químicas das células 
vivas ocorrem, pois em muitas situações ela é um participante direto nessas 
reações. Essas reações químicas que ocorrem nas células, base bioquímica 
de todos os processos vitais, são chamadas coletivamente de metabolismo, 
ou seja, ele equivale a todos os processos químicos e físicos que ocorrem 
dentro e fora das células. Os compostos químicos resultantes das reações dos 
processos biológicos nos seres vivos são chamados de metabólitos. Assim, 
seja como solvente,reagente ou produto da reação, a água sempre estará 
presente. Por exemplo, a água está envolvida nos processos de fotossíntese, 
digestão e respiração aeróbica.
A fotossíntese pode ser resumida pela equação:
®2 2 2 6 12 66CO + 6H O + ATP C H O + 6O (1.4)
Quando a água reage com um produto químico para quebrá-lo em 
moléculas menores, a reação é descrita como hidrólise. Quando a água é 
formada como um dos produtos de uma reação entre duas moléculas que se 
unem, a reação é descrita como de condensação.
Estudo bioquímico das células
Catabolismo e anabolismo
As inúmeras reações químicas que ocorrem nas células são responsáveis 
por todos os processos biológicos dos organismos. Essas reações são sistemas 
bioquímicos altamente complexos e conectados em equilíbrio dinâmico, 
ocorrem dentro e fora das células e compõem o metabolismo de um 
organismo. Podemos dividir o metabolismo em dois processos metabólicos: 
o de construção (anabolismo) e o de quebra (catabolismo) de biomoléculas.
As vias que envolvem a decomposição de moléculas em formas utilizá-
veis (blocos de construção) são chamadas de catabolismo. Nesse processo, 
a energia é armazenada em moléculas específicas, como o ATP, para o 
uso posterior ou liberada como calor. Em contrapartida, na via anabólica 
33
é necessário energia para a construção de novas moléculas a partir dos 
produtos do catabolismo. E, assim, dá-se a construção de macromoléculas, 
que são moléculas complexas e úteis para a estrutura, o funcionamento e a 
manutenção da vida das células e do organismo.
Assimile
Terminologias “catabolismo” e “anabolismo”, lembre-se que:
O catabolismo pode ser pensado como a quebra de moléculas 
nutrientes (por exemplo, a glicose é catabolizada durante a respiração 
celular para formar ATP). 
O anabolismo é basicamente o processo oposto ao catabolismo, ou seja, 
a síntese de moléculas maiores a partir de moléculas menores usando 
a energia adquirida (ATP) durante o catabolismo (exemplo, síntese de 
proteínas a partir de aminoácidos).
Bioquímica do pH
A manutenção adequada do pH é um fator muito importante em diversas 
situações químicas ou bioquímicas. No contexto biológico, o pH influencia 
o metabolismo celular, uma vez que afeta a taxa de velocidade das reações 
químicas, quer na presença ou na ausência de catalizadores enzimáticos. 
Devido à dificuldade de realizar cálculos com números pequenos, tanto 
para se expressar concentrações molares como constantes de equilíbrio, 
introduziu-se na química a seguinte notação logarítmica (1.5):
= -( ) log .5) (1p x x
Em relação ao pH, trabalhamos com dois logaritmos. Aliando-se o 
conceito químico de pH ao conceito de logaritmo, criou-se a escala do poten-
cial hidrogeniônico (pH) e potencial hidroxiliônico (pOH), grandezas que 
definem o fator de intensidade de acidez ou basicidade, baseadas no antilo-
garitmo das concentrações de +H ou -OH , ou seja: 
+é ùê úë û= - (1.6)pH log H
-é ùê úë û= - (1.7) pOH log OH
O potencial hidrogeniônico (pH) é uma medida da natureza ácida ou 
básica de uma solução. A medida da concentração da atividade do íon hidro-
gênio [ +H ] em uma solução determina o valor do pH.
Sabe-se que a escala de potencial hidrogeniônico varia de 0 a 14 
unidades. De zero até próximo de sete unidades, tem-se um caráter ácido. 
34
Adicionalmente, se o valor de pH é igual a sete, o caráter é neutro e, ao 
contrário, valores maiores do que sete unidades correspondem a caracterís-
ticas mais alcalinas. 
Dessa forma, conclui-se que quanto menor o valor de pH, maior o caráter 
ácido. De forma oposta, quanto maior o valor de pH, maior a alcalinidade. 
O conceito de potencial hidroxiliônico (pOH) é análogo ao visto para pH, 
porém, em direção oposta. Dessa forma, quanto maior o valor de pOH, mais 
básico é o caráter da solução.
Pesquise mais
Os cálculos de pH são dependentes da qualidade do ácido ou da base 
(forte ou fraca). Por essa razão, sugerimos que pesquise mais sobre 
cálculos envolvendo o pH de ácido e bases fracas no capítulo 2 do livro 
indicado a seguir:
CAMPBELL, M. K.; FARRELL, S. O. Bioquímica. 8. ed. São Paulo: Cengage 
Learning, 2015. cap. 2, p. 42-45. 
Ainda, para ter uma visão mais completa do tema, veja o capítulo 2 do 
livro a seguir:
NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 7. ed. 
Porto Alegre: Artmed, 2019. cap. 2, p. 58-66.
Aplicações básicas do conceito de ácido-base
Os ácidos e bases ficam em extremos opostos na escala de pH: os ácidos 
ficam próximos de zero, e as bases se aproximam de 14.
Figura 1.8 | Escala de pH
Fonte: elaborada pela autora.
Cada composto químico tem um nível de pH diferente. De forma geral, 
ácidos e bases fracos são usados em nossas casas em atividades rotineiras, 
enquanto ácidos e bases fortes tendem a ser mais usados em laboratórios, nas 
pesquisas científicas, ou em aplicações industriais. Ao lidar com ácidos de 
35
pHs próximos de zero ou com bases de pHs próximos de 14, deve-se tomar 
cuidado, pois ambos podem prejudicar seriamente um ser humano.
Usos domésticos: alimentos, produtos de limpeza e outros
A maioria das casas tem alguma forma de composto ácido ( <7pH ) nos 
seus produtos de uso diário ou nos alimentos consumidos, como as frutas 
cítricas e os vinagres das saladas, por exemplo. Ácidos e bases são utilizados 
como produtos de limpeza, como é o caso do vinagre ( = 4,75pH ), que, 
devido à sua alta acidez, pode até remover ferrugem.
As baterias podem conter ácidos, embora eles possam oferecer riscos ao 
homem. Muitas casas têm água sanitária (hipoclorito de sódio, = 5,25pH ) 
como agente de limpeza e desinfecção. Já as bases são usadas como suspen-
sões de carbonato de cálcio para neutralizar o ácido gástrico estomacal em 
excesso, que pode causar azia.
Usos industriais de ácidos e bases
O produto químico industrial mais comumente produzido no mundo, o 
ácido sulfúrico, tem inúmeras aplicações em todos os setores. As empresas 
fazem dele um precursor do ácido fosfórico, que, por sua vez, é usado em 
detergentes e fertilizantes fosfatados. 
No entanto, no meio ambiente, o ácido sulfúrico pode acidificar a chuva. 
Outro exemplo bem comum nas indústrias é a produção de ácido nítrico 
para uso em fertilizantes de nitrato e até mesmo em compostos explosivos.
A indústria siderúrgica, por sua vez, usa ácido clorídrico para limpar as 
chapas de metal antes do processamento. Do outro lado da escala de pH, os 
fabricantes de papel fazem uso de hidróxido de sódio para remover a lignina 
da pasta de papel. Na Quadro 1.3 vocês verão alguns exemplos de valores de 
pH de alguns alimentos e produtos que utilizamos.
Quadro 1.3 | Valores aproximados de pH a 25 ºC
pH muito alcalino 14 Solução de hidróxido de sódio 1 mol/L
13 Lixívia para branqueamento de roupas
12 Solução aquosa de amoníaco (amônia)
11 Soda cáustica a 0,01% em água
10 Leite de magnésia
9 Soda
8 Clara do ovo, suco pancreático
pH neutro 7 Água destilada
6 Leite, água da chuva
36
5 Queijo, café preto, banana
4 Sumo de laranja, chuva ácida
3 Vinagre
2 Sumo de limão, suco gástrico (estômago)
1 Chuva ácida
pH muito ácido 0 Ácido das baterias
Fonte: elaborado pela autora.
Exemplificando
Ácido forte versus ácido fraco
Um ácido forte é aquele que é largamente ou completamente disso-
ciado. Por exemplo, o ácido clorídrico do estômago.
Um ácido fraco é aquele que é apenas ligeiramente dissociado em 
solução. Por exemplo, o ácido do vinagre.
Considere a seguinte reação em água de um ácido HA: 
+ -
+ -+ + = 32 3
[ ][ ]
( ) ( ) ( ) ( ) 
[ ]a
H O A
HA aq H O l H O aq A aq K
HA
A concentração do íon hidrônio deve ser determinada a partir da 
expressão de equilíbrio.
Forças relativas de ácidos fracos podem ser determinadas a partir do 
valor da constante de equilíbrio.
• Grande constante de equilíbrio significa ácido forte.
• Pequena constante de equilíbrio significa ácido fraco.
Quadro 1.4 | Alguns exemplos de ácidos e suas respectivas constantesde dissociação
Ácido Ka
HCN 4.9x10−10
CH3COOH 1.8x10
5
HF 3.5x10−4
HCOOH 1.8x10−4
Fonte: elaborado pela autora.
Importância do pH no corpo humano
Do ponto de vista metabólico, a estabilização levemente alcalina dos 
líquidos corporais, que gera um pH entre 7,36 e 7,42, é a condição ideal 
para todos os processos orgânicos acontecerem de forma mais equilibrada 
e harmônica.
37
Por que o pH é importante em sistemas biológicos? Rapidamente, 
podemos citar alguns exemplos.
• O pH afeta a solubilidade de muitas substâncias.
• O pH afeta a estrutura e a função da maioria das proteínas, incluindo 
as enzimas.
Muitas células e organismos (especialmente plantas e animais aquáticos) 
só podem sobreviver em um ambiente de pH específico.
Na próxima seção, trataremos das solução-tampão e encontraremos 
vários sistemas com aplicação do conceito de ácido-base. Fica aqui uma 
última reflexão para finalizarmos esta seção.
Reflita
As células parietais do estômago secretam um ácido todos os dias, 
mas o pH dele não é necessariamente o mesmo que o pH desse ácido. 
Isso porque o pH desse órgão varia entre 1-2 e 4-5. Você sabia que o 
estômago tem um ácido forte?
Reflita sobre a necessidade de um pH muito ácido no estômago, em 
alguns momentos do dia, e por que há uma variação muito grande na 
faixa de pH no ambiente estomacal?
Sem medo de errar
Prezado aluno, vimos que o consultor João estava envolvido em mais uma 
capacitação, dessa vez em uma indústria leiteira. O seu papel era se colocar 
no lugar de um dos analistas ouvintes, a fim de interpretar alguns dados dos 
experimentos realizados. Uma forma de responder aos questionamentos 
apresentados na situação-problema seria:
• Primeiramente, interpretar os dados do Quadro 1.2 quanto à acidez 
de cada tipo de leite avaliado por João no curso de capacitação, tendo 
como base as recomendações do Mapa. 
• Dentro do que foi apresentado, considerando os conceitos de acidez 
e possíveis processos de adulteração com soda cáustica, responder 
como você faria para reconhecer esse processo de adulteração do leite. 
• E, finalmente, explicar os motivos pelos quais se coloca a soda cáustica 
na adulteração do leite.
Então, considerando que:
• pH normal = 6,5-6,7
38
• Acidez normal: 16-18 g de ácido láctico/100 mL
• Portanto, a partir dos dados do Quadro 1.2, observa-se que as 
amostras de leite desnatado e semidesnatado não apresentam padrões 
de pH apropriados (24 e 26 g de ácido láctico/100 mL, pH superior 
a 6,7). Ao contrário, o leite do tipo integral, apresenta teor de acidez 
variando dentro do recomendado.
• A soda cáustica é hidróxido de sódio, que tem caráter básico. Inclusive, 
é uma base forte e reage com ácido, formando sal e água. Dessa forma, 
seria possível realizar uma reação de neutralização ácido-base do 
leite, acompanhada por medidor de pH, a fim de confirmar se houve 
ou não a adulteração do leite.
• Durante o processo de deterioração do leite, ocorre a ação de microrga-
nismos, levando ao azedamento do leite. Podemos citar que a deterio-
ração do leite é provocada por microrganismos que degradam a lactose 
e produzem ácido lático. Por seu caráter ácido, esse composto diminui o 
pH do leite. Assim, para mascarar esse processo, substâncias básicas são 
adicionadas para recompor o pH natural do leite, dando maior durabi-
lidade ao produto. Essas substâncias são chamadas de neutralizantes.
Avançando na prática
pH de sistemas de fermentação industrial – produção 
microbiana de ácido cítrico
João participou de um desenvolvimento de bioprocesso para produção de 
ácido cítrico por fermentação no estado sólido, em um polo de produção de 
bioprocesso. A indústria já utilizava o fungo Aspergillis niger para a obtenção 
do ácido, cujo desenvolvimento se dava em pHs de 2,5 a 3,5, e a produção do 
ácido ocorria em pHs inferiores a 2,0.
João avaliou esse processo biotecnológico quanto ao ajuste de pH na 
produção de ácido cítrico em dois processos, líquido e sólido. Inicialmente, 
nosso consultor argumentava com o engenheiro de produção industrial a 
respeito das vantagens das medidas de pH nos processos de fermentação no 
meio líquido e no meio sólido.
39
Nosso consultor queria testar os conhecimentos do engenheiro a respeito 
da melhor forma de se medir o controle do pH no processo de obtenção do 
ácido cítrico. Assim, João apresentou as seguintes afirmativas ao engenheiro:
I. O pH normal do processo microbiológico de obtenção do ácido 
cítrico é restritamente básico.
II. O pH de uma cultura pode variar em razão da atividade metabólica 
dos microrganismos.
III. Na prática, o pH de fermentações sólidas não é controlado direta-
mente, como se faz em fermentações em água. 
Em seguida, João pediu ao engenheiro que indicasse, dentro desse 
contexto, quais estavam corretas ou incorretas, e que ele justificasse sua 
resposta. Se você fosse esse engenheiro, como resolveria essa situação?
Resolução da situação-problema
O engenheiro poderia responder que apenas as afirmativas II e III são 
verdadeiras, conforme indicado a seguir:
A afirmativa I é falsa, pois o processo ocorre em meio ácido. O enunciado 
da questão cita que a indústria utiliza um fungo A. niger, cujo desenvolvi-
mento se dava em pHs de 2,5 a 3,5, e que a produção do ácido ocorria em 
pHs inferiores a 2,0.
A afirmativa II diz que o pH de uma cultura pode variar em razão da 
atividade metabólica dos microrganismos. Isso é correto, e o motivo mais 
óbvio é a secreção de ácidos orgânicos, como é o próprio ácido cítrico, que 
causará um abaixamento no pH. O abaixamento do pH é dependente da 
natureza do organismo. Por exemplo, sabe-se que no caso do Aspergillus sp., 
Penicillium sp. e Rhizopus sp., o pH pode cair muito rapidamente até um pH 
inferior a 3,0.
O controle de pH nos substratos sólidos sempre constituiu um obstáculo 
para a medida satisfatória de pH. No processo de fermentação sólida, não se 
utiliza um pHmetro, uma vez que mesmo pela definição do processo falta 
água no sistema. Na prática, é correto afirmar que o pH de fermentações 
sólidas não é controlado diretamente, portanto a afirmativa III está correta. 
Entretanto, o poder tampão dos substratos e a mistura salina inicial permite 
que o pH não sofra alterações bruscas durante o crescimento.
40
Faça valer a pena
1. O analista de uma microempresa da área de produção de cervejarias artesanais 
tem plena consciência da influência do pH no processo de fabricação de cerveja. Por 
isso, resolveu fazer um pré-teste em seu laboratório de desenvolvimento, utilizando 
dois tipos de água com valores de pH diferenciados. Os dois tipos de água apresen-
taram valores de pH, medidos em potenciômetros, de 5,7 e 7,6, respectivamente. As 
duas águas foram separadas e usadas para fabricação de duas amostras de cervejas.
O analista observou que a cerveja produzida utilizando a água com pH 7,6 obteve 
resultado satisfatório, com aroma agradável, graduação alcoólica de 4,7%, cor similar 
à da cerveja pilsen, pH 4,40 e acidez total de 1,6 g/L.
Por outro lado, com a água de pH 5,7, o resultado foi uma cerveja com aroma 
agradável, graduação alcoólica de 4,49%, cor similar à da cerveja pilsen, pH 4,31 e 
acidez total de 2 g/L.
Considerando as informações do texto-base, assinale a alternativa verdadeira.
a. Podemos concluir que, durante o processo de cozimento do malte com dois tipos 
de água, os pHs ficaram bem diferentes um do outro, um ácido e outro básico.
b. Acidez total corresponde à quantidade de ácido de uma amostra que pode 
reagir com uma base de concentração molar conhecida.
c. As duas cervejas apresentam pH de caráter básico, assim como as águas utili-
zadas no início desse processo.
d. Acidez total de 2 g/L significa que se tem 2 g de metanol por 1.000 mL de 
água. Portanto, em um copo de 350 mL tem-se 0,5 g de álcool.
e. O teor alcoólico (% v/v) das cervejas foi de aproximadamente 5%. Se o 
analista quiser aumentar a graduação alcoólica, será necessário aumentar a 
quantidade de água no processo de fabricaçãoda cerveja.
2. A fabricação da cerveja é um processo de fermentação alcoólica. Esse biopro-
cesso ocorre por via anaeróbica pela ação de leveduras, em que açúcares simples 
são convertidos em etanol e dióxido de carbono, como é demonstrado no esquema 
simplificado, na figura a seguir.
41
Figura 1.9 | Obtenção do etanol a partir de glicose em multietapas
Fonte: elaborada pela autora.
42
Dentro desse contexto da biotransformação da glicose do esquema fornecido, identi-
fique os processos de catabolismo e anabolismo. Considerando o conceito desses 
processos, avalie as afirmativas a seguir:
I. O metabolismo da glicose ocorre em múltiplas etapas. Na etapa I, ocorre 
catabolismo da glicose. Quando a glicose se converte em piruvato na 
etapa I, tem-se um processo de catabolismo, pois ocorre a quebra de uma 
molécula mais complexa de açúcar em blocos moleculares menores, no 
caso, o piruvato.
II. Na etapa II, ocorre outro processo de catabolismo através da quebra do 
piruvato em duas moléculas: acetaldeído e gás carbônico.
III. Na etapa III, o acetaldeído é biotransformado em álcool. O esquema 
denota que o álcool é o produto da transformação do acetaldeído.
IV. Facilmente, a partir do esquema de fermentação alcoólica, nota-se que o 
produto final é o álcool (etanol) e o gás carbônico (CO2), formados após 
dissociação do composto intermediário chamado de piruvato.
É correto o que se afirma em:
a. I, apenas.
b. II e III, apenas.
c. I, II e IV, apenas.
d. II, III e IV, apenas.
e. I, II, III e IV.
3. A produção de bioetanol durante a fermentação depende de vários fatores, 
como temperatura, concentração de açúcar (substrato, comumente glicose), pH, 
tempo de fermentação etc. Em dada situação, a glicose (substrato) é dissolvida 
em dois tipos de água, uma com pH ácido e outra com pH básico (5,7 e 7,6, 
respectivamente). Observe os gráficos A e B, obtidos a partir das informações 
do consumo da glicose para produção de etanol em função do pH da água e do 
tempo de fermentação.
43
Figura 1.10 | Gráfico A – concentração da glicose em função do tempo de fermentação
Nota: amostra 1 – pH da água = 5.7; amostra 2 – pH da água = 7.6.
Fonte: elaborada pela autora.
Figura 1.11 | Gráfico B – concentração da glicose em função do tempo
Considerando as informações apresentadas e a análise dos gráficos, avalie as afirma-
tivas a seguir:
44
I. Os gráficos A e B estão representados em g/L (sacarose e álcool, respectiva-
mente), em função do tempo reacional. Em A e B, observa-se o decaimento 
da glicose e a produção do etanol, respectivamente. No tempo inicial (t=0), 
tem-se 150 g/L e ainda não há etanol formado.
II. No gráfico A, verifica-se que, com o passar do tempo, a concentração de 
sacarose começa a decrescer em ambos os pHs, ácido e básico. A diminuição 
da concentração mais acentuada ocorre ainda no primeiro dia de fermentação.
III. No gráfico A, pode-se observar que, com o passar do tempo, houve aumento 
significativo da concentração de substrato e consequentemente aumento da 
concentração de produto de reação. 
IV. A partir do gráfico B, nota-se que, nos dois primeiros dias, a produção de álcool 
foi semelhante entre as duas amostras comparadas (amostra 1 e amostra 2).
V. A partir do gráfico B, nota-se que a maior variação da taxa de velocidade da 
produção da cerveja ocorre a partir do segundo dia. O gráfico aponta que há 
um aumento significativo da concentração do álcool até o segundo dia. Depois 
disso, há uma relativa constância da produção alcoólica. Além disso, a amostra 
2 apresenta uma menor produção de álcool quando comparada à amostra 1.
É correto o que se afirma em:
a. II, apenas.
b. II e III, apenas.
c. I, II e IV, apenas.
d. I, II, IV e V, apenas.
e. I, II, III, IV e V.
45
Seção 3
Sistemas-tampão
Diálogo aberto
Os sistemas-tampões são usados em uma variedade de processos, dentre 
eles, os biofarmacêuticos. Muitos fármacos são sintetizados sob condições 
estritas de pH para assegurar estabilidade estrutural da molécula e para 
garantir a eficácia clínica desse fármaco. Isso geralmente é obtido com uma 
solução-tampão. Além disso, uma solução-tampão pode possibilitar que os 
fármacos se mantenham estáveis quando em formulações específicas, como 
soluções ou suspensões de um determinado medicamento que devem 
manter um determinado valor de pH, Por isso influencia, entre outras 
características do fármaco, o tempo de estabilidade do ativo, mantendo a 
estrutura em uma forma específica, não ionizada ou ionizada, dependendo 
do tipo de solução utilizada.
Na situação-problema desta seção, encontramos novamente nosso 
consultor científico João, que presta consultoria científica multidisciplinar 
para empresas de cunho industrial nas áreas de pesquisa e desenvolvimento 
de novos produtos. Atualmente, ele está envolvido em seu laboratório com 
um trabalho relacionado a uma indústria farmacêutica.
João está envolvido em uma tarefa relacionada à solubilidade de um 
fármaco e isso envolve o pH e o uso de tampões adequados. Ele precisa 
analisar alguns resultados, gerados em um determinado laboratório indus-
trial biofarmacêutico, quanto ao processo de melhoramento da solubili-
dade do fármaco claritromicina. Isso porque a claritromicina é pratica-
mente insolúvel em água, solúvel em acetona, ligeiramente solúvel em 
acetonitrila, etanol e metanol, além de ser altamente solúvel em tampão 
fosfato (pH de 2 a 5).
João contratou um novo estagiário para o seu laboratório e pretende 
ensiná-lo a fazer um tampão-fosfato. Também quer ajudá-lo a analisar 
e a interpretar um gráfico construído a partir dos dados de solubilidade 
do fármaco claritromicina em função da concentração de duas soluções-
-tampão: fosfato e fosfato-citrato (Figura 1.12).
46
Figura 1.12 | Solubilidade da claritromicina na presença de tampão fosfato e fosfato-citrato a 25 °C
Fonte: elaborada pela autora.
Dessa forma, como você ajudaria João em relação às orientações a serem 
direcionadas ao seu estagiário, para efetivação dos seus objetivos?
A fim de oferecer-lhe subsídios para a solução dessa questão, nesta seção 
trabalharemos com o estudo bioquímico de ácidos e bases, os principais 
indicadores ácido-base, assim como discutiremos sobre os conceitos de 
solução-tampão, suas propriedades e a capacidade tamponante.
Bons estudos!
Não pode faltar
Estudo bioquímico de ácidos e bases
Os seres vivos apresentam complexos sistemas de reações bioquímicas 
que dependem do meio aquoso para que aconteçam de maneira adequada. 
Essas reações dependem especialmente dos equilíbrios do tipo ácido-base 
para que os sistemas de reações se mantenham efetivos. Sabe-se que todos os 
conceitos de ácido-base discutidos até agora são extremamente importantes 
47
para os sistemas biológicos. Por essa razão, exploraremos essa temática 
durante todo este livro. Partindo dessa premissa, fique atento aos conceitos 
de acidez e aos parâmetros que serão estudados nesta unidade.
Na Seção 1.1, conforme definição de Brønsted-Lowry, vimos que um 
ácido é um doador de prótons e uma base é um aceptor de prótons. Dando 
continuidade a esse pensamento, considere um equilíbrio de dissociação do 
ácido HA, tal como mostra a Equação 1.8:
+ -+ +2 3 ( ) ( ) ( ) (aq) (1.8)aq l aqHA H O H O A
Observe que HA é um ácido forte ou fraco que se dissocia na base conju-
gada do ácido -A e um íon de hidrogênio que combina com a água para 
formar o íon hidrônio +3H O . Do ponto de vista molecular, estar em equilí-
brio significa que as concentrações de HA, -A e 3 +H O não mudam mais 
com o tempo, a reação está em equilíbrio e a constante de dissociação iônica 
pode ser calculada.
A constante de equilíbrio da reação em equilíbrio 1.8, denominada de 
aK , pode ser definida como: 
+ -
=
( )
( ) 2 ( )
3 ( )[ ] ]
[ ] ]
 [A [ (1.9)
aq
aq l
aq
a
H OK HA H O
Fique atento ao fato que sólidos e líquidos puros não são considerados 
para o cálculo de Ka. Matematicamente, isso significa que a atividade da água
2 [