Quimica 10

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Raymond Chang 
Kenneth A. Goldsby
C456q Chang, Raymond.
Química [recurso eletrônico] / Raymond Chang, Kenneth 
A. Goldsby ; [tradução: M. Pinho Produtos Digitais 
Unipessoal Lda.]; revisão técnica: Denise de Oliveira Silva, 
Vera Regina Leopoldo Constantino. - 11. ed. - Dados 
eletrônicos. - Porto Alegre : AMGH, 2013.
Editado também como hvro impresso em 2013.
ISBN 978-85-8055-256-0
1. Química. I. Goldsby, Kenneth A. II. Título.
CDU 54
Catalogação na publicação: Ana Paula M. Magnus - CRB10/2052
Raymond Chang 
Kenneth A. Goldsby
Química
I V edição
Revisão técnica:
Denise de Oliveira Silva 
Bacharel e Doutora em Química pela USP 
Pós-doutora em Química Inorgânica pela Texas A & M University 
Professora do Instituto de Química da USP
Vera Regina Leopoldo Constantino 
Bacharel e Doutora em Química pela UNESP 
Pós-doutora em Química pela Michigan State University 
Professora do Instituto de Química da USP
Versão impressa 
desta obra: 2013
Mc
Graw
Híll
Educatíon
AMGH Editora Ltda.
2013
Capítulo 25 ♦ Polímeros orgânicos sintéticos e naturais 1075
(a) (b)
Figura 25.15 Alterações estruturais que ocorrem quando o grupo heme da hemoglobina se 
liga a uma molécula de oxigênio, (a) O grupo heme da desoxi-hemoglobina. (b) Oxi-hemoglobina.
Quando as proteínas são aquecidas acima da temperatura normal do corpo 
humano, ficam sujeitas a condições de acidez ou basicidade elevadas ou são trata­
das com certos reagentes especiais, ditos desnaturantes, elas perdem total ou par­
cialmente as suas estruturas terciária e secundária. Nestas condições, as proteínas 
não exibem mais as suas atividades biológicas normais, sendo denominadas pro~ 
teínas desnaturadas. A Figura 25.16 mostra a variação de velocidade com a tem­
peratura para uma reação típica de catálise enzimática. Inicialmente, a velocidade 
aumenta com a temperatura, como seria de se esperar. Além da temperatura ótima, 
contudo, a enzima começa a desnaturar e a velocidade diminui rapidamente. Se 
uma proteína é desnaturada em condições brandas, ela pode muitas vezes regenerar 
a sua estrutura original após a remoção do desnaturante ou pelo retomo da tempe­
ratura ao valor normal. Este processo chama-se de desnaturação reversível
Figura 25.16 Variação da velocidade 
de uma reação de catálise enzimática 
com a temperatura. Acima da tempera­
tura ótima, à qual a enzima é mais eficaz, 
a ação da enzima diminui como conse­
quência da desnaturação.
Cozinhar o ovo desnatura as proteínas da 
clara.
25.4 Ácidos nucleicos
Os ácidos nucleicos são polím eros de alta massa m olar que desem penham um 
papel essencial na síntese das proteínas. O ácido desoxirribonucleico (DNA) e 
o ácido ribonucleico (RNA) são os dois tipos de ácidos nucleicos existentes. As 
moléculas de DNA estão entre as maiores moléculas conhecidas, com massas 
molares que podem ir até 10̂ ® g. Por outro lado, as moléculas de RNA variam 
muito em tamanho, tendo algumas delas massa molar de cerca de 25 000 g. Em 
comparação com as proteínas, que podem conter até 20 aminoácidos diferentes, 
os ácidos nucleicos têm uma composição razoavelmente simples. Uma molécula 
de DNA ou de RNA contém apenas quatro unidades diferentes: purinas, pirimi- 
dinas, açúcares furanosídicos e grupos fosfato (Figura 25.17). As purinas e as 
pirimidinas são chamadas de bases.
Nos anos 1940, Erwin Chargaff^ estudou moléculas de DNA obtidas a partir 
de várias origens e observou certas regularidades. As regras de Chargaff, como 
atualmente se designam as suas conclusões, descrevem estas regularidades:
1. A quantidade de adenina (uma purina) é igual à quantidade de timina (uma 
pirimidina), isto é, A = T ou A/T = 1.
2. A quantidade de citosina (uma pirimidina) é igual à quantidade de guanina 
(uma purina), isto é, C = G ou C/G = 1.
 ̂Erwin Chargaff (1905-2002). Bioquímico norte-americano de origem austríaca. Chargaff foi o pri­
meiro a mostrar que espécies biológicas diferentes contêm moléculas de DNA diferentes.
1076 Química
Encontrado apenas no DNA Encontrado no DNA e no RNA Encontrado apenas no RNA
•d
<
OH H 
Desoxirribose
0
II
O - P - 0 -
1
0 _
Fosfato
Figura 25.17 Componentes do DNA e do RNA.
Imagem de uma molécula de DNA, obti­
da no microscópio eletrônico. A estrutura 
em dupla hélice é evidente. Se as molé­
culas de DNA de todas as células de um 
ser humano fossem esticadas e ligadas 
pelas extremidades, o comprimento des­
sa cadeia seria 100 vezes a distância da 
Terra ao Sol!
3. O número total de bases purínicas é igual ao número de bases pirimidíni- 
cas, isto é, A + G = C + T.
Em 1953, James Watson^ e Francis Crick^, com base em análises químicas e em 
resultados de difratometria de raios X, concluíram que a molécula de DNA é 
formada por duas cadeias, ambas enroladas de modo a formar uma dupla hélice. 
A unidade repetitiva em cada hélice, o nucleotídeo, é constituído p o r uma base, 
uma desoxirribose e um grupo fo sfa to (Figura 25.18).
A chave para a estrutura em dupla héhce do DNA é a formação de hga- 
ções de hidrogênio entre as bases de cada uma das cadeias. Embora ligações 
de hidrogênio possam se formar entre quaisquer pares de bases, Watson e Cri- 
ck verificaram que as combinações mais favoráveis aconteciam entre os pares 
adenina-timina e citosina-guanina (Figura 25.19). Repare que este esquema é
 ̂James Dewey Watson (1928-). Biólogo norte-americano. Watson dividiu o Prêmio Nobel de Medi­
cina de 1962 com Crick e Maurice Wilkins pelo seu trabalho sobre a estrutura do DNA, considerado 
por muitos o desenvolvimento mais significativo da biologia no século xx.
® Francis Harry Compton Crick (1916-2004). Biólogo britânico. Crick começou como físico mas a 
leitura do livro “O que é a vida” de Erwin Schrõdinger (ver Capítulo 7) despertou seu interesse pela 
biologia. Além de ter contribuído para a elucidação da estrutura do DNA, pelo que foi um dos laure­
ados em 1962 com o Prêmio Nobel de Medicina, Crick deu muitas outras contribuições importantes 
para o desenvolvimento da biologia molecular.
Capítulo 25 ♦ Polímeros orgânicos sintéticos e naturais 1077
Figura 25.18 Estrutura de um nucleotídeo, uma das unidades de repetição do DNA.
consistente com as regras de Chargaff, porque cada base purínica está ligada a 
uma base pirimidínica e vice-versa (A + G = C + T). Outras forças atrativas, 
como as interações dipolo-dipolo e as forças de van der Waals entre os pares de 
bases, também contribuem para estabilizar a dupla hélice.
A estrutura do RNA difere da do DNA de várias formas. Em primeiro 
lugar, e conforme mostrado na Figura 25.17, as quatro bases presentes nas molé­
culas de RNA são a adenina, a citosina, a guanina e a uracila. Em segundo lugar, 
o RNA contém o açúcar ribose, em vez da 2-desoxirribose do DNA. Em terceiro 
lugar, a análise química mostra que a composição do RNA não obedece às regras 
de Chargaff. Em outras palavras, a razão purina-pirimidina não é igual a 1, como 
no DNA. Esta e outras evidências excluem uma estrutura em dupla héhce. De
—A T - ^
----- T A -
Figura 25.19 (a) Formação dos pares de bases adenina-timina e citosina-guanina. (b) Estrutura em dupla hélice da molécula de DNA, 
mantida por ligações de hidrogênio (e por outras forças intermoleculares) entre os pares de bases A-T e C-G.
Identificação pelo DNA
0 patrimônio genético humano, ou genoma, consiste em apro­ximadamente 3 X 10̂ nucleotídeos. Estas 3 X 10 ̂unidades 
compõem os 23 pares de cromossomos, que são cadeias contí­
nuas de DNA que podem ter de 50 milhões a 500 milhões de 
nucleotídeos. Codificadas no DNA e armazenadas em unida­
des, chamadas genes, estão as instruções para a síntese das pro­
teínas. Cada um dos 100 000 genes é responsável pela síntese 
de uma única proteína. Além das instruções para a síntese das 
proteínas, cada gene contém uma sequência de bases, repeti­
da diversas vezes, sem função conhecida. O que é interessante 
acerca destas sequências, chamadas de minissatélites, é que 
elas aparecem muitas vezes em localizações diferentes enão 
apenas em um determinado gene. Cada pessoa tem um número 
próprio de repetições. Apenas os gêmeos idênticos têm o mes­
mo número de sequências de minissatélites.
Em 1985, o químico britânico Alec Jeífreys sugeriu que 
as sequências de minissatélites constituem um meio de identifi­
cação, tal como as impressões digitais. Desde então, as impres­
sões digitais pelo DNA tomaram-se a grande referência entre 
os agentes policiais para a identificação de suspeitos de crimes.
Para obter uma impressão digital pelo DNA, um quími­
co necessita de uma amostra de qualquer tecido, como sangue
ou sêmen; até mesmo o cabelo e a saliva contêm DNA. De­
pois, o DNA é extraído no núcleo das células e partido em seg­
mentos pela adição das chamadas enzimas de restrição. Estes 
segmentos, carregados negativamente, são separados por ele- 
troforese em gel. Os segmentos menores movem-se mais rapi­
damente do que os maiores e acabam se separando em bandas. 
As bandas de segmentos de DNA são transferidas do gel para 
uma membrana plástica, fixando-se assim as suas posições. 
Adiciona-se então uma sonda de DNA, isto é, um segmento de 
DNA marcado com um isótopo radioativo. A sonda liga-se aos 
segmentos que têm uma sequência de DNA complementar. 
Coloca-se depois um filme sensível aos raios X sobre a folha 
de plástico, ficando impressos os pontos correspondentes aos 
segmentos complementares da sonda. São necessárias quatro 
sondas diferentes para obter um perfil único para cada pessoa. 
Estima-se que a probabilidade de encontrar perfis idênticos 
no DNA de duas pessoas escolhidas ao acaso é da ordem de 
1 para 10 .̂
O primeiro caso, nos Estados Unidos, de uma pessoa que 
foi condenada por um crime com a ajuda da identificação pelo 
DNA remonta a 1987. Hoje, a identificação pelo DNA tomou- 
-se uma ferramenta indispensável para a aplicação da lei.
O DNA é extraído 
das células sanguíneas
Uma enzima de Os fragmentos são
restrição corta o separados em bandas
DNA em fragmentos por eletrofase em gel
O padrão das bandas 
de DNA é transferido 
do gel para uma 
membrana de náilon
A Sonda de DNA 
radioativo fixa-se a sequências 
específicas de DNA
O filme sensível 
ao raio X detecta o 
perfil radioativo
Pefil
duplicado,
mesma
pessoa
Procedimento para identificação pelo DNA. O filme revelado mostra a impressão digital pelo DNA, que é comparada com padrões de 
indivíduos conhecidos.
Capítulo 25 ♦ Polímeros orgânicos sintéticos e naturais 1079
fato, a molécula de R N A existe como uma cadeia polinucleotídica simples e não Na década de 1980 descobriu-se que
como uma dupla hélice. Na realidade, existem três tipos de moléculas de RNA algumas moléculas de r n a podem
^ ^ funcionar como enzimas.
- O RNA mensageiro (mRNA), o RNA ribossômico (rRNA) e o RNA de trans­
ferência (íRNA). Estas moléculas são constituídas por nucleotídeos semelhantes 
mas diferem na massa molar, na estrutura global e nas funções biológicas.
As moléculas de DNA e de RNA dirigem a síntese de proteínas na célula, 
um assunto que está além do âmbito deste livro. Há hvros introdutórios em bio­
química e biologia molecular que exphcam este processo.
O texto Química em Ação na página 1078 descreve uma técnica usada em 
investigação criminal baseada no nosso conhecimento sobre a sequência do DNA.
Resumo de fatos e conceitos
1. Os poKmeros são moléculas muito grandes, constituídas por 
pequenas unidades repetitivas, chamadas de monômeros.
2. As proteínas, os ácidos nucleicos, a celulose e a borracha 
são polímeros naturais. O náilon, o Dacron e o acrílico são 
exemplos de polímeros sintéticos.
3. Os polímeros orgânicos podem ser sintetizados via reações 
de adição ou de condensação.
4. Os estereoisômeros de um polímero constituído por monô­
meros assimétricos têm propriedades diferentes, dependen­
do do modo como as unidades se ligam umas às outras.
5. As borrachas sintéticas incluem o policloropreno e o estireno- 
-butadieno, que é um copolímero do estireno e do butadieno.
6. A estrutura determina a função e as propriedades das proteí­
nas. Em grande parte, a ligação de hidrogênio e outras forças 
intermoleculares determinam a estrutura das proteínas.
7. A estrutura primária de uma proteína é a sua sequência de 
aminoácidos. A estrutura secundária é a forma definida 
pelas ligações de hidrogênio entre os grupos CO e NH do 
esqueleto de aminoácidos. As estruturas terciária e quater­
nária são os arranjos tridimensionais das proteínas estabili­
zados por ligações de hidrogênio e por outras forças inter­
moleculares.
8. Os ácidos nucleicos - DNA e RNA - são polímeros de ele­
vada massa molar, responsáveis pelas instruções genéticas 
que regem a síntese de proteínas nas células. As unidades 
constituintes do DNA e do RNA são os nucleotídeos. Cada 
nucleotídeo do DNA contém uma base purínica ou pirimi- 
dínica, uma molécula de desoxirribose e um grupo fosfato. 
Os nucleotídeos do RNA são semelhantes, mas contêm ba­
ses diferentes e ribose em vez de desoxirribose.
Palavras-chave
Ácido desoxirribonucleico 
(DNA), p. 1075 
Ácido nucleico, p. 1075
Ácido ribonucleico (RNA), 
p. 1075
Aminoácido, p. 1067 
Copolímero, p. 1065
Homopolímero, p. 1062 
Monômero, p. 1061 
Nucleotídeo, p. 1076 
Polímero, p. 1061
Proteína desnaturada, p. 1075 
Proteína, p. 1067
Questões e problemas
Polímeros orgânicos sintéticos
Q uestões de revisão
25.1 Defina os seguintes termos: monômero, polímero, ho­
mopolímero e copolímero.
25.2 Cite 10 objetos que contenham polímeros orgânicos 
sintéticos.
25.3 Calcule a massa molar de uma amostra de polietileno, 
-(“CH2—CH2“)jí, onde n = 4600.
25.4 Descreva os dois principais mecanismos de síntese de 
polímeros orgânicos.
25.5 O que são catalisadores de Ziegler Natta? Qual é o seu 
papel na síntese de polímeros?
25.6 No Capítulo 12 estudamos as propriedades coligativas 
das soluções. Quais destas propriedades são adequadas 
para a determinação da massa molar de um polímero? 
Por quê?