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INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA DA ÁGUA Disciplina: Bioquímica Professora: Livia Schell O QUE É BIOQUÍMICA? “Química da vida” Ciência que estuda a química dos processos vitais INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA Ao nível bioquímico, todos os organismos têm muitas características comuns INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA Ao nível bioquímico, todos os organismos têm muitas características comuns INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA A Bioquímica mostra como o conjunto de moléculas inanimadas que constitui os organismos vivos interage para manter e perpetuar a vida pelas leis físicas e químicas que regem o universo inanimado INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA Água Aminoácidos Proteínas Carboidratos Lipídios Vitaminas Revisando alguns conceitos... GRUPOS FUNCIONAIS Os grupos funcionais conferem propriedades químicas especiais às moléculas Ex.: Hidroxila, amino, carbonila, carboxila... GRUPOS FUNCIONAIS GRUPOS FUNCIONAIS INTERAÇÕES QUÍMICAS Ligação covalente: Tipo de ligação química caracterizada pelo compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos, causando uma atração mútua entre eles, que mantêm a molécula resultante unida Ligação forte! INTERAÇÕES QUÍMICAS Molécula: Conjunto estável átomos ligados entre si apenas por ligações covalentes MONÔMEROS E POLÍMEROS Monômero (do grego mono = um e mero = parte): Pequena molécula que pode se ligar a outros monômeros semelhantes formando moléculas maiores, denominadas polímeros Polímero: Macromolécula formada por unidades de monômeros Ex.: Proteínas são polímeros de aminoácidos MONÔMEROS E POLÍMEROS Monômero Polímero ÁGUA ÁGUA O que é a água??? ÁGUA Substância líquida que parece incolor a olho nu em pequenas quantidades, inodora e insípida, essencial a todas as formas de vida Composta por hidrogênio (H) e oxigênio (O) ÁGUA Substância mais abundante nos seres vivos 70% ou mais da massa dos organismos vivos é água! Permeia todas as células Todos os aspectos de estrutura da célula e das suas funções são adaptadas às propriedades físico-químicas da água ÁGUA Essencial para a formação de macromoléculas Solvente no qual ocorre a maioria das reações bioquímicas É muito provável que as primeiras moléculas “evoluíram” em soluções aquosas, e é certo que os primeiros organismos celulares apareceram em ambientes aquáticos A vida surgiu na água! ÁGUA Atua na termorregulação, evitando variações bruscas de temperatura nos organismos Realiza transporte de nutrientes e toxinas Age como lubrificante nas articulações e entre os órgãos ÁGUA A quantidade de água na célula é essencial ao seu metabolismo: Uma diminuição de 20% na quantidade normal inibe significativamente o metabolismo, enquanto uma diminuição a 30% dos níveis normais cessa o metabolismo celular Água = Vida ESTRUTURA DA ÁGUA Átomo de oxigênio central que forma ligações covalentes com dois átomos de hidrogênio O oxigênio é mais eletronegativo que o hidrogênio, por isso, os elétrons ficam mais próximos dele ESTRUTURA DA ÁGUA Os átomos de hidrogênio apresentam cargas elétricas parciais positivas, e o átomo de oxigênio, carga elétrica parcial negativa Estrutura eletricamente polar A água é um dipolo PONTES DE HIDROGÊNIO A água tem a capacidade de formar ligações de hidrogênio com outras moléculas de água ou com moléculas com características polares Pontes de hidrogênio PONTES DE HIDROGÊNIO A ponte de hidrogênio é uma interação eletrostática entre o polo positivo de uma molécula e o polo negativo de outra PONTES DE HIDROGÊNIO É uma interação fraca O resultado da adição de inúmeras ligações torna a força coesiva da água grande ESTADOS FÍSICOS DA ÁGUA A água é encontrada na natureza em três estados físicos: Sólido Líquido Gasoso ÁGUA NO ESTADO LÍQUIDO Moléculas mais livres, formando e quebrando ligações o tempo todo Estrutura mais flexível Média de 3,4 pontes de hidrogênio com outras moléculas ao redor Estado líquido ÁGUA NO ESTADO SÓLIDO A estrutura é mais estável A mobilidade da molécula diminui com as baixas temperaturas Cada molécula de água está ligada a outras 4, estabelecendo a estrutura cristalina do gelo Gelo ÁGUA NO ESTADO GASOSO Água no estado gasoso Mobilidade maior Não estabelece pontes de hidrogênio PONTES DE HIDROGÊNIO A água pode formar ligações de hidrogênio com outras moléculas polares: Ex.: cetonas, nitrogênio, carboxilas, aldeídos O átomo mais eletronegativo vai ser o aceptor de hidrogênio O hidrogênio do outro átomo vai ser o doador de hidrogênio PONTES DE HIDROGÊNIO PONTES DE HIDROGÊNIO CLASSIFICAÇÃO DAS MOLÉCULAS QUANTO À SOLUBILIDADE EM ÁGUA Moléculas polares Moléculas apolares Moléculas anfipáticas CLASSIFICAÇÃO DAS MOLÉCULAS QUANTO À SOLUBILIDADE EM ÁGUA Moléculas polares (hidrofílicas): dissolvem-se facilmente na água CLASSIFICAÇÃO DAS MOLÉCULAS QUANTO À SOLUBILIDADE EM ÁGUA Moléculas apolares (hidrofóbicas): são incapazes de formar interações com a água, sendo assim insolúveis, e com tendência de se agregar CLASSIFICAÇÃO DAS MOLÉCULAS QUANTO À SOLUBILIDADE EM ÁGUA Moléculas anfipáticas: possuem porções polares e apolares O EFEITO HIDRÓFOBO Por que moléculas apolares não dissolvem em água? O EFEITO HIDRÓFOBO Por que moléculas apolares não dissolvem em água? As moléculas apolares não podem participar de pontes de hidrogênio Por não interagirem com as moléculas de água, tendem a se agregar O EFEITO HIDRÓFOBO A ÁGUA É UM SOLVENTE A água pode ainda, solubilizar íons (ex. NaCl), fazendo interações eletrostáticas Sal (cristalino) dissolvendo em água IONIZAÇÃO DA ÁGUA O que é ionização? Ionização é um processo químico mediante ao qual se produzem íons, pela perda ou ganho de elétrons a partir de átomos ou moléculas neutras É quando uma molécula se torna carregada seja positiva ou negativamente IONIZAÇÃO DA ÁGUA As moléculas de água tem pequena tendência para se ionizar reversivelmente Potencial hidrogeniônico ou potencial de hidrogênio (pH) A escala de pH é um meio conveniente para designar a concentração de H+: Logaritmo do inverso/negativo da concentração hidrogeniônica ESCALA DE pH É sabido que em água pura, [H+] = 10-7 Para uma solução exatamente neutra, pH = 7 ESCALA DE pH Soluções neutras Soluções ácidas Soluções básicas ou alcalinas Acidez crescente Basicidade/alcalinidade crescente Escala de pH Como podemos medir o pH? Aparelho medidor de pH (pHmetro) Adição de indicador de pH na solução em análise Ex.: Fenolftaleína, azul de tornassol pH Papel de tornassol (papel de filtro impregnado com tornassol) Papel indicador universal, tiras de papel absorvente, que apresentam distintas cores para cada pH de 1 a 14 pH Atenção O pH serve é importante para o funcionamento de uma série de proteínas, portanto, qualquer alteração no pH pode afetar o sua função das mesmas É fundamental que o pH seja cuidadosamente controlado em sistemas biológicos, pois mexer com o pH significa mudar completamente a função desses sistemas! pH Importante: A escala do pH é logarítmica: Duas soluções que diferem por uma unidade de pH, significa na prática que uma dessas soluções tem uma concentração de H+ 10 vezes maior que a outra pH Como nosso organismo controla o pH? pH BásicoSISTEMA TAMPÃO O pH é controlado no nosso organismo primeiramente por sistemas tampão Solução tampão: Solução que consegue manter o pH, mesmo quando lhe é adicionada pequenas concentrações de ácido (H+) ou base (OH-) SISTEMA TAMPÃO Ácido e base (Johannes Bronsted e Thomas Lowry, 1923): “Ácido é uma substância que pode doar prótons (H+) e base uma substância que pode aceitar prótons (H+).” SISTEMA TAMPÃO Ácidos e bases fracas atuam como tampões nas células e tecidos evitando variações do pH, para que não ocorram danos às estruturas das macromoléculas Fluidos intra e extracelulares têm um pH característico que é regulado principalmente pelos sistemas tampão SISTEMA TAMPÃO pH sangue 7,4 7,35 7,45 6,8 8,0 Normal Acidose Alcalose Extremamente tóxico Extremamente tóxico SISTEMA TAMPÃO Principais sistemas tampão biologicamente importantes: Sistema fosfato Sistema bicarbonato SISTEMA TAMPÃO Sistema fosfato: Age no citoplasma de todas as células Fosfato diácido Fosfato monoácido SISTEMA TAMPÃO Sistema bicarbonato: Age no tamponamento do sangue Ácido carbônico Bicarbonato O equilíbrio entre o CO2 dissolvido e gasoso, nos pulmões, proporciona a esse sistema grande capacidade tamponante REVISANDO... 1. Cite características da água que a tornam tão importante para a existência e manutenção da vida. 2. Por que a água é um dipolo? 3. O que são pontes de hidrogênio? 4. Caracterize a água nos estados líquido, sólido e gasoso. 5. Como se classificam as moléculas quanto à solubilidade em água? Explique essa classificação. 6. O que é o pH? Como as substâncias podem ser classificadas de acordo com seu pH? 7. Qual a importância de se controlar o pH nos sistemas biológicos? 8. O que é um tampão?
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