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Macromoléculas RESUMO

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RESUMO: Macromoléculas
Sobre as macromoléculas, devemos introduzir que temos três tipos de biomoléculas que podemos considerar macromoléculas. Os ácidos nucléicos, que estão relacionados a informação genética, como já vimos, os carboidratos que são polímeros de açúcar mais simples e estão relacionados a diversas funções como reserva energética, componente de parede celular, elementos de reconhecimento extracelular que se ligam a proteínas de outras células e as proteínas, as quais estudaremos a seguir, que são longos polímeros de aminoácidos, sendo a segunda maior porção da célula e sendo muito versáteis (isto é, podem ter diversas funções, como funções estruturais, enzima, mensageira...). Sobre as proteínas, é importante citarmos que o conjunto de proteínas em funcionamento em uma dada célula se chama proteoma. 
 Ainda nessa parte introdutória, devemos falar sobre as biomoléculas, que estão relacionadas aos elementos químicos. Nesse tópico, devemos dar grande importância ao carbono. O carbono pode formar diversos tipos de cadeia, desde cadeias lineares e ramificadas até cadeias cíclicas. Permite também diferentes rotações. Com isso, os compostos formados por tal elemento podem apresentar diferentes formas, tamanho e composição.
Podemos dizer que a maioria das biomoléculas são derivadas de hidrocarbonetos, tendo átomos de hidrogênio sendo substituídos por grupos funcionais, dando propriedades químicas diferentes para os compostos e formando várias famílias de compostos orgânicos. 
A ÁGUA
 É de extrema importância que estudemos a água se vamos estudar as macromoléculas. Além de ser o principal componente de algumas células, a água é extremamente importante na estrutura das proteínas, podendo influenciar na forma e na função das proteínas e atua em todos os outros constituintes celulares.
A quantidade de água no corpo humano varia de acordo com a idade, o sexo e a quantidade de gordura corporal. Um recém nascido, por exemplo, possui mais água no corpo uma vez que seu metabolismo é diferente do que de um indivíduo adulto, que tem menos água. Os tecidos também têm diferentes quantidades de água. O tecido adiposo, por exemplo, possui menos água que os músculos ou órgãos internos. 
A perda de água nos tecidos ocorre de maneira contínua e está associada às alterações físicas que ocorrem durante o envelhecimento. A porcentagem de água cai com o envelhecimento. Um dos motivos disso é que a concentração de sódio e cloro extracelular diminui durante o crescimento. 
As funções da água no nosso organismo são várias, das quais podemos citar cinco: controlar a temperatura corporal (para atividade enzimática, por exemplo), lubrificar tecidos como boca, nariz e olhos, lubrificar as articulações, proteger órgãos e tecidos do corpo e reduzir a sobrecarga dos rins e do fígado através da eliminação de resíduos. 
Tem propriedades específicas. Uma delas é o fato de apresentar ponto de fusão, ebulição e calor de vaporização mais altos em relação aos solventes comuns, propriedades essas que dão a água líquida uma grande coesão interna. 
 A ligação entre os átomos que formam a molécula de água faz com que a mesma tenha uma angulação em formato de V. Isso acontece porque o oxigênio é muito eletronegativo, forçando os hidrogênios até essa angulação característica. A água é uma molécula polar, com um pólo positivo (H) e pólo negativo (O).
Essas características químicas da água mostram-se importantes quando falamos das ligações de hidrogênio. As ligações de hidrogênio estão relacionadas à atração entre as moléculas de água que ocorre devido à positividade de um pólo (H) e a negatividade de outro (O), fazendo com que esses se atraiam (uma atração eletrostática). 
 O gelo (água sólida - molécula) pode fazer ligações de hidrogênio com 4 moléculas (já que tem uma estrutura mais rígida), explicando assim o ponto de fusão relativamente alto. Já a molécula líquida pode fazer ligações com 3,4 moléculas (uma vez que tem uma estrutura mais desordenada). Isso serve também para evaporação da água. Logo, explicamos as propriedades citadas anteriormente, uma vez que a água tem muitas ligações de hidrogênio e consequentemente necessita de muita energia para desfazer algumas quando muda de estado.
Ainda sobre as ligações de hidrogênio, devemos dizer que são bem dinâmicas e fracas, porém suficientemente fortes em grandes quantidades (o que permite a replicação do DNA, por exemplo). Podem ser mais fortes se forem lineares e mais fracas se forem angulares. 
A água pode também formar ligações de hidrogênio com outros solutos polares, o que está diretamente relacionado com a solubilidade da água. Além disso, essa característica é importante para a estrutura secundária das proteínas, etc. 
Os compostos que se dissolvem facilmente em água são chamados de hidrofílicos (além dos compostos polares e iônicos) e as moléculas não se dissolvem são chamadas de hidrofóbicas. Um exemplo de um composto que água dissolve é o NaCl. A água enfraquece as interações eletrostáticas entre os elementos, se organizando em volta de cada um e dissolvendo-o. Um exemplo de compostos hidrofóbicos são os lipídeos que não podem ser dissolvidos em água. 
 É importante falarmos também que compostos não polares geram mudanças energéticas desfavoráveis na estrutura da água. O benzeno é um exemplo. Forma duas fases com a água, e acaba fazendo com que algumas pontes de hidrogênio sejam quebradas, fazendo com que a água perca energia.A água, em presença desses compostos apolares forma uma espécie de “gaiola” ao redor da molécula hidrofóbica. No entanto, se as moléculas apolares se aglomeram, menos água é necessária para formar essa “gaiola”, rompendo menos ligações de hidrogênio.
Além disso, há composto que são simultaneamente hidrofóbicos e hidrofílicos. São as moléculas anfipáticas que tem partes polares e apolares, como por exemplo as micelas e as bicamadas. 
 Os gases também não devem ser esquecidos. Normalmente, são pouco solúveis em água. 
 Há também, outras propriedades importantes da água, como o fato de ter uma alta tensão superficial permitindo que alguns mecanismos planem. Nesse caso, a superfície comporta-se como uma película elástica. Um exemplo seria o fato de mosquitos conseguirem “planar” sobre a água. 
 Além disso, possui alta capilaridade, isso é, é capaz de interagir com moléculas de pequenos capilares. Não devemos deixar de citar também o fato de possuir um alto calor específico, possibilitando assim que retenha mais calor (graças a essa propriedade, a água nos organismos mantém praticamente constante a temperatura desses organismos em relação ao ambiente).
A propriedade de alto calor de vaporização está relacionada nos seres vivos a grande absorção de calor VS resfriamento. Devemos lembrar que quanto maior o calor de vaporização, maiores serão as forças intermoleculares no líquido.
A água é também bem densa, devido as forças atrativas. O gelo é menos denso que a água líquida (pois as interações são mais fracas). 
 A molécula de água tem propriedades coligativas que são alteradas com a adição de solutos. Um exemplo seria a adição de sal, que consequentemente muda o ponto de fusão e ebulição. A pressão osmótica é outro exemplo, pois se houver mais sal no meio, a água estará sendo deslocada para essa área. 
É capaz de realizar difusão quando uma membrana permeável permite a passagem de soluto e água, até que a concentração de soluto seja a mesma nos dois lados da membrana.
 A diálise também pode ser citada.Na diálise, a membrana permite a troca de sal e tampão, mas não de proteínas. Assim diálise retém grandes proteínasdentro do saco membranoso, permitindo que a concentração de outros solutos naproteína sofra a troca até que eles entram em equilíbrio com a solução que esta forada membrana.
 A água pode ser ionizada. É um processo endotérmico e reversível: H2O -> H+ e OH-. A hidrólise (dupla troca) consiste na quebra de uma molécula devido a água, enquanto a condensação consiste na união de duas moléculas formando uma maiore liberando uma pequena. 
LIGAÇÕES QUÍMCIAS
Primeiramente, devemos falar das ligações covalentes, onde há o compartilhamento de elétrons do orbital atômico mais externo, ocorrendo principalmente entre não-metais. São altamente direcionais e apresentam um ângulo de ligação específico. Além disso, são muito estáveis e logo, precisam de muita energia para ser quebradas.
As ligações não covalentes são mais fracas e estabilizam estruturas do nosso organismo, permitindo grande flexibilidade estrutural. São importantes para a relação enzima-substrato, DNA, estruturas secundárias, ligação antígeno – anticorpo, proteína – receptor, etc. São as ligações de hidrogênio, iônicas, hidrofóbicas e de Van der Waals. 
Como já falamos da ligação de hidrogênio, foquemos nas interações iônicas. Essas interações ocorrem pela união de dois íons carregados, isto é, quando a diferença de eletronegatividade é suficiente para que um átomo aceite o elétron de valência do outro, havendo a criação de átomos positivos e negativos. 
As interações Van der Waals são fracas e ocorrem devido a aproximação de dois átomos, criando uma força de atração fraca, não específica e de curto alcance. Essas ligações ocorrem porque há a criação de um momento negativo e positivo na molécula, isto é, um átomo fica momentaneamente negativo enquanto outro fica momentaneamente positivo. As interações dipolo induzido são bem mais fracas que as dipolo-dipolo.
REAÇÕES QUÍMICAS
 Trata-se da transformação da matéria. Reagentes são modificados quimicamente originando um ou mais produtos. A velocidade de uma reação está relacionada ao tempo em que o produto é formado e consequentemente no tempo em que os reagentes são consumidos. A velocidade de uma reação é influenciada por diversos fatores, desde temperatura, luz até presença de catalisadores e a superfície de contato.
 O equilíbrio químico acontece quando ambas as reações (a direta e a inversa) tem a mesma probabilidade de ocorrer, isto é, quando a proporção entre reagente e produto se mantém constante numa reação ao longo do tempo. A constante de equilíbrio de uma reação é dada por produtos divididos pelos reagentes. 
pH
 O estudo do pH é essencial para estudar proteínas pois pode proporcionar diferentes formas e funções para tais. O pH é uma medida de acidez e mede a concentração de prótons livres. 
 O pH é medido por escala de 0 a 14, onde quanto menor o pH, mais ácida a solução e quando maior, mais básica, sendo 7,0 considerado um pH neutro. 
 É dado pela seguinte fórmula: pH = - log [H+].
 O pH deve poder ser medido para realização de testes em células, proteínas, etc., e isso pode acontecer de várias maneiras, como através de indicadores de pH, fitas medidoras de pH e o pHmetro.
Os indicadores de pH podem ser naturais ou artificiais. Trata-se de ácidos fracos ou bases fracos, que liberam no composto íons H+ e OH-, mudando a configuração eletrônica da solução e levando a uma alteração de cor. 
 As fitas medidoras de pH são fitas secas que apresentam quadradinhos com cores, uma para cada valor de pH. São mergulhadas na solução e no final, os quadradinhos devem ser comparados a fim de definir o pH da solução. 
 Por último o pHmetro, que possui um eletrodo com parte indicadora e de referência, que é imerso na amostra. Esse aparelho permite a conversão do potencial em unidades de pH. O eletrodo é sensível a íons hidrogênio, e gera uma voltagem relacionada a quantidade de íons de hidrogênio presentes na solução.
 Sobre ácidos e bases, é possível diferenciarmos uns dos outros pelo seguinte critério: ácidos doam prótons enquanto bases recebem prótons. Ainda assim, é possível estabelecermos diferentes entre ácidos e bases fortes e fracos. Um ácido/base forte se dissocia completamente em água, enquanto um fraco não se dissocia completamente.
 Entre os ácidos/bases fracos, podemos ainda determinar se um ácido/base é fraco porém mais forte ou mais fraco. Sendo mais forte, a sua dissociação em água é maior que a de um mais fraco. O que diferencia é o grau de ionização. 
Podemos medir a força de um ácido fraco , medida a qual chamamos de pKa ou Ka. Quanto menor é o Ka, maior é a força do ácido fraco e vice-versa. 
 O pKa e o pH podem ser relacionados pela seguinte fórmula: pH = pKa + log [A-]/[HA], vindo da reação HA -> H+ + A-. HA é o ácido e A- é a base conjugada. 
 No estudo do pH, é importante citarmos o sistema tampão. Trata-se de um sistema aquoso capaz de resistir a mudanças pequenas de pH quando são adicionados a solução hidroxilas ou prótons livres. São formados por ácidos fracos e suas bases conjugadas, sendo capazes de doar (se a concentração de H+ cai) ou receber elétrons (se a concentração de H+ aumenta). No nosso organismo, por exemplo, há uma espécie de sistema tampão para manter o pH do sangue ideal (através de ácidos fracos), principalmente quando ingerimos algo ácido. Isso se torna tão importante no nosso organismo pois o pH pode alterar, por exemplo, o funcionamento de proteínas. 
 Não devemos deixar de falar também da titulação, que consiste na adição controlada de um ácido ou base a solução. A curva da titulação mostra a capacidade do tampão de doar e receber elétrons. 
 Podemos exemplificar uma curva de titulação com um ácido. Quando adicionamos a base forte temos um grande aumento de pH da solução e essa se dissocia completamente, gerando um excesso de OH-, forçando a dissociação do ácido até que o equilíbrio seja estabelecido (quanto maior o pH, maior é a dissociação de um ácido). 
 No meio do gráfico encontramos um ponto de equivalência, onde a quantidade do ácido e da base conjugada é a mesma e o Ka é igual ao pH. No fim da titulação, todo ácido encontra-se dissociado e o pH é maior que o Ka. 
 Chamamos de capacidade tamponante a quantidade de ácida e base que pode ser adicionada a solução e ser neutralizada pelo tampão antes que ocorra a variação brusca de pH. Essa capacidade tamponante acontece, normalmente em pKa +/- 1 e quando ph=Ka.
 Como dito anteriormente, o tamponamento também ocorre em sistemas biológicos. Exemplos seriam aminoácidos com grupos funcionais que se comportam como ácidos e bases fracas, o citoplasma (através do sistema fosfato) e o plasma (através do sistema bicarbonato – transporta o CO2 sobre forma de bicarbonato para que não ocorra variações no pH sanguíneo). 
 Há também, alguns distúrbios no nosso organismo decorrentes do equilíbrio ácido – base. O primeiro que citaremos é a acidose metabólica, decorrente do aumento da produção de ácidos metabólicos ou da alteração na habilidade de excreção de ácidos metabólicos pelos rins. Isso gera uma alteração no pH do sangue, que normalmente é compensada pela respiração. Um exemplo de acidose metabólica é a acidose diabética, em que uma maior produção de ácidos pela quebra de gorduras. 
 Já a acidose respiratória acontece devido a eliminação não correta de CO2, levando a um aumento de CO2 no sangue e aumentando o pH. Normalmente é compensada nos rins, através da eliminação de ácidos, amônia e da reabsorção de íons bicarbonatos. 
 O inverso da acidose seria a alcalose, quando o pH fica básico demais. Temos também a alcalose metabólica e a respiratória. A primeira é compensada com o aumento da produção CO2 (regulação respiratória) e com o aumento da excreção de íon bicarbonato (renal). A segunda é causada por hiperventilação e é compensada pelo aumento na dissociação de CO2 (respiratória) e excreção de bicarbonato (rins).

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