BIOFÍSICA DA ÁGUA

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BIOFÍSICA DA ÁGUA
Prof. Bruno Porto
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ÁGUA
É uma substância essencial para o organismo.
Todas as reações bioquímicas ocorrem em meio aquoso.
É uma substância neutra.
É capaz de dissolver grande parte das substâncias presentes em uma célula.
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Água: Estrutura e Propriedades Físico-químicas
Breves Comentários:
Permeia todas as porções de todas as células;
Importância em seres vivos: transporte de nutrientes e reações metabólicas;
Todos os aspectos de estrutura celular e suas funções são adaptadas às propriedades físico-químicas da água;
Animais: Intracelular: 55-60% e Extracelular: 40-45%;
Vias de Eliminação: Pele, pulmões, rins e intestino;
Propriedades comuns: cor, odor, sabor, estado físico;
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IDADE – QUANTO MAIS JOVEM MAIOR É A TAXA DE ÁGUA.
ESPÉCIE – HÁ ESPÉCIES COM MAIOR PORCENTAGEM DE ÁGUA (EX. ÁGUAS-VIVAS).
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MANUTENÇÃO DA HOMEOTERMIA
- TRANSPIRAÇÃO EM ANIMAIS HOMEOTÉRMICOS.
HIDRATAÇÃO – UM CORPO BEM HIDRATADO CONTÉM MAIOR PORCENTAGEM DE ÁGUA.
 
A TAXA DE ÁGUA NOS SERES VIVOS VARIA DE ACORDO COM:
ATIVIDADE METABÓLICA – QUANTO MAIOR A ATIVIDADE METABÓLICA DE UM TECIDO MAIOR É A SUA TAXA DE ÁGUA.
Água-viva
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A água está presente em 75% do corpo humano.
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Propriedades Incomuns: PF (0°C), PE (100°C), CE e Calor de vaporização – maior que os líquidos comuns; Produto de ionização; solvente “universal” .
Interação entre as moléculas:
Forças de atração entre moléculas adjacentes -  COESÃO
Átomo de Hidrogênio compartilha um par de elétrons com o oxigênio – Geometria próxima do tetraedro (109,5°);
Pares de elétrons ñ compartilhados geram uma carga parcial (-)
A força de atração eletrônica do Oxigênio origina uma carga parcial (+) 
Caráter DIPOLAR / ELETRICAMENTE NEUTRO
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Pontes de Hidrogênio
Atração eletrostática resultante entre o átomo de oxigênio de uma molécula de água e o átomo de hidrogênio de outra molécula de água;
As pontes de hidrogênio são mais fracas que ligações covalentes;
Cada molécula de água se une mediante pontes de Hidrogênio a 3 ou 4 moléculas .
A fluidez da água se deve a meia-vida curta das ligações:10-9seg.
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Observações Importantes:
Pontes de hidrogênio não são restritas à água. Podem ser formadas entre um átomo eletronegativo (O, N) e um átomo de hidrogênio ligado a um outro átomo eletronegativo;
Átomos de hidrogênio ligados à carbonos não formam pontes de hidrogênio. Exs.: Butanol (P.F: 117°C); Butano (P.F: -0,5°C).
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Solubilidade
A interação com solutos ocorre porque a água é um líquido polar
A água pode dissolver:
Sais cristalinos: Interatua com íons que unem os átomos do sal
Compostos orgânicos polares (açúcares, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos) – formação de pontes de hidrogênio com os grupos hidroxila ou carbonila
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Substâncias anfipáticas (fosfolipídeos, proteínas, ácidos nucléicos) – A água forma micelas, interatuando com a porção hidrofílica e repelindo a porção hidrofóbica
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Propriedades Coligativas
Definição:
Ponto de fusão, Ponto de ebulição, Pressão de vapor, Pressão osmótica
Relação com solutos
Alteração das propriedades do solvente
Solutos tendem a romper a estrutura normal da água (pontes de hidrogênio)  menor interação
Obs.: Peixes que habitam águas com temperaturas abaixo do ponto de congelaçãoConcentração de solutos presentes no sangue diminui a temperatura de fusão da água Impede o congelamento
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Ionização da Água
Propriedades dos Solventes  características da molécula não carregada + Grau de Ionização [H+] e [OH-]
Moléculas de água: tendem a ionizar-se (reversível)
			H2O H+ + OH-
Ácidos ou bases dissolvidos na água produz H+ (ácidos) e OH- (bases).
Constante de Equilíbrio: A + B  C + D Keq = [H+] e [OH-]
							 [H2O]
pH: Concentração de íons hidrogênios pH = log 1
 			 [H+]
Água pura: pH neutro
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A 25°C uma pequena porção de moléculas da água estão ionizadas.
Em um litro : 55,5 moles de água (concentração molar = 55,5M) 
 Keq = 1,8 x 10 -6 1,8x10-6 = [H+] [OH-]
 		 		 55,5
[H+] [OH-] = 1x10-14 M2
Água neutra: [H+] = 1x10-7 pH = neutro
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Numa reação de ionização há sempre um par ácido-base conjugado. Para cada doador de próton (ácido) há sempre um receptor (base).
A ionização é alta em ácidos fortes (HCl, H2SO4) e baixa em ácidos fracos (acético).
 Constantes de dissociação (Ka): a força de ionização de um ácido.
Conceito de pK: valor de Ph no qual 50% do ácido encontra-se dissociado. 
IMPORTANTE: Quanto menor o pK, maior é a força de ionização do ácido
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Curva de Titulação
Usada para determinar a concentração de um ácido em uma solução.
Volume do ácido é titulado com uma base forte (NaOH) até a neutralização deste ácido.
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Tampões
Substâncias que em solução aquosa dão a estas soluções a propriedade de resitir a variações do seu pH quando as mesmas são adicionadas em quantidades pequenas de ácidos (H+) ou base (OH-).
Quase todos os processos biológicos são dependentes do pH. Plasma → 7,35 – 7,48 (6,8 a 7,8) Intracelular: Função da célula (Eritrócito: 7,2)
O fosfato e as proteínas são os principais tampões do fluido intracelular, em consequencia da presença de grupos dissociáveis contidos em resíduos de aminoácidos ácidos (glutâmico e aspártico) e básicos (lisina e histidina)
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Sistema Tampão Bicarbonato
É um sistema tampão fisiológico efetivo
Principal tampão do espaço extracelular: ácido carbônico /Bicarbonato
Componentes: Ácido- CO2 e Básico- íon bicarbonato (HCO3-)
O ácido carbônico é formado a partir de CO2 e H2O e está em equilíbrio com o reservatório de CO2 localizado nos pulmões.
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Quando H+ é adicionado no sangue, a concentração de H2CO3 aumenta, aumentando a concentração de CO2 no sangue, aumentando a pressão deles nos espaços aéreos e o CO2 é expirado.
Quando a OH- é adicionado ocorrem eventos opostos
A finalidade do tampão é manter o pH do sangue praticamente constante.
Os componentes do sistema-tampão do bicarbonato são produzidos metabolicamente em grande quantidade. Portanto, o corpo não depende da ingestão de compostos exógenos ou de sínteses complexas para a manutenção desse sistema-tampão.  
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Alterações do Equilíbrio ácido-básico
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Importância do pH
Atividade catalítica das enzimas;
Diagnóstico de doenças (sangue e urina). Ex.: plasma sanguíneo do animal com diabetes é menor que 7,4 (acidose).