Bioquimica Superior - Água - Jubilu

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bioquímica
ensino superior
Fala galera!
Essa apostila
foi feita com muito 
cuidado e carinho 
pra gente continuar 
detonando juntos 
também no ensino 
superior!
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opção “tons de cinza” e o 
modo “rascunho”
pra economizar
tinta.
Bons estudos!
Pesquisa, elaboração e diagramação: Biologia Total
Feito com muito carinho em 2016.
Proibida a reprodução total ou parcial sem prévia autorização.
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 Água 
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Na natureza, a água é o componente químico que está presente em maior quantidade nos seres vivos 
e, juntamente com os sais minerais, constitui os componentes inorgânicos das células. 
A água compõe a maior parte da massa corporal do ser humano. É o solvente biológico ideal. A 
capacidade solvente inclui íons (ex.:Na+, K+ e Cl ), açúcares e muitos aminoácidos. Sua incapacidade para 
dissolver algumas substâncias como lipídeos e alguns aminoácidos, permite a formação de estruturas 
supramoleculares (ex.:membranas) e numerosos processos bioquímicos (ex.: dobramento proteico). 
Nela estão dissolvidas ou suspensas as moléculas e partículas necessárias para o bom funcionamento 
celular. Reagentes e produtos de reações metabólicas, nutrientes, assim como produtos de excreção, 
dependem da água para o transporte no interior das célulase entre as células.
Propriedades da Água 
Elevado calor específico 
Calor especifico é a energia necessária para aumentar em um grau, um grama de uma determinada 
substância.
A água tem um alto calor específico pois tem a capacidade de absorver muito calor e mudar pouco sua 
temperatura. Essa característica é fundamental para a manutenção da homeostase dos organismos 
vivos. Homeostase é a condição de relativa estabilidade da qual o organismo necessita para realizar 
suas funções adequadamente para o equilíbrio do corpo.
Ponto de Fusão e Ebulição
As moléculas de água se unem por ligações de hidrogênio na qual um átomo de hidrogênio polarizado 
com carga parcial positiva é atraído por um átomo de oxigênio de outra molécula com carga parcial 
negativa. A formação de dipolos na molécula é resultante da grande diferença de eletronegatividade 
entre os átomos de hidrogênio e o de oxigênio. 
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Elevado Ponto de Vaporização
Trata-se da quantidade de energia necessária para que 1 grama de uma determinada substância passe 
do estado líquido para o estado gasoso. Devido a essas interações (ligação de hidrogênio) a água 
apresenta alto ponto de fusão e ebulição sendo considerada um excelente solvente para substâncias 
iônicas e outras moléculas polares que façam ligação de hidrogênio com a água como aldeídos, álcool, 
cetonas e açúcares. 
Elevado ponto de congelamento
Neste processo, uma grande quantidade de energia deve ser perdida para que a água passe do estado 
líquido para o estado sólido. Isso porque o ponto de congelamento da água é elevado. Água no estado 
sólido fica menos densa do que no estado líquido.
Alta Tensão superficial
As forças de coesão igualmente compartilhadas entre a molécula de água e outras vizinhas faz com 
que uma molécula de água possa interagir com a que está ao seu lado esquerdo, direito, em cima, 
embaixo, em todas as direções, sempre com a mesma intensidade de força . A tensão superficial é uma 
propriedade da água desencadeada pela coesão de suas moléculas, umas com as outras. Essa coesão é 
fundamental para o transporte de líquidos no interior das plantas, dentre outros fenômenos biológicos. 
Características Moleculares
A molécula de água é composta por dois átomos de 
hidrogênio e um de oxigênio, com estrutura angular sendo 
considerada uma molécula polar. Essa molécula forma um 
tetraedro irregular, ligeiramente torcido, onde o oxigênio 
fica no centro e os dois hidrogênios e os elétrons não 
compartilhados ocupam os cantos do tetraedro. A distância 
entre os dois átomos de hidrogênio possui uma angulação 
de aproximadamente 105O. 
O oxigênio por ser muito eletronegativo atrai os elétrons 
para longe do núcleos de hidrogênio, deixando-os com uma 
carga parcial positiva, enquanto seus dois pares de elétrons 
não compartilhados constituem uma região de carga 
negativa. Essa assimetria em relação à carga elétrica gera 
uma molécula de característica dipolo.
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As interações entre as moléculas de água são do tipo pontes de hidrogênio e só são possíveis porque 
a água é um dipolo. As pontes de hidrogênio se formam quando as cargas parciais positivas (que estão 
sobre os hidrogênios) de uma molécula de água interagem com cargas parciais negativas de outra 
molécula. Este tipo de ligação tem uma energia menor do que a das ligações covalentes e, portanto, 
pode ser mais facilmente desfeita (precisa de menos energia para ser rompida). A força das pontes de 
hidrogênio vem da grande quantidade delas, que estão presentes entre as moléculas de água (uma 
molécula de água possui quatro cargas parciais e, portanto, pode interagir com, no máximo, quatro 
outras moléculas da mesma substância). Devido essa grande quantidade de pontes de H no gelo faz 
com que essa molécula tenha um alto ponto de fusão e vaporização (precise de muito calor para 
derreter e evaporar, respectivamente– desmanchar as pontes de H) e pela coesão da água, por manter 
as moléculas ligadas umas às outras. 
A molécula da água é altamente coesiva. As moléculas interagem entre si por meio de pontes de 
hidrogênio. A natureza altamente coesiva da água afeta as interações entre as moléculas em solução 
aquosa.
A molécula de água influencia a estrutura de outras biomoléculas
Embora a ligação covalente seja a força mais vigorosa que mantém as estruturas moleculares unidas, 
as forças não covalente também desempenham um papel importante na estabilidade e funcionalidade 
das biomoléculas. Essas forças que podem ser de característica de repulsão ou atração, envolvem 
interações tanto dentro da própria biomolécula quanto entre ela e a água que forma o componente 
principal do ambiente adjacente. 
A maioria das biomoléculas são anfipáticas, isto é, possuem regiões ricas em grupamentos funcionais 
carregados ou polares bem como regiões com caráter hidrofóbico. O curioso é que as biomoléculas 
tendem a se dobrar com os grupamentos apolares no interior enquanto as regiões polares ficam 
presentes na superfície em contato com a água. 
Elevada Constante Dielétrica 
O dipolo forte da água é responsável pela elevada constante dielétrica. Segundo descrito 
quantitativamente pela lei de Coulomb a força de interação entre partículas com cargas opostas é 
inversamente proporcional à constante dielétrica do meio circunvizinho. Dessa forma, a água por 
possuir essa constante elevada diminui a interação de partículas polares e carregadas o que a possibilita 
de dissolver grandes quantidades de compostos carregados como os sais.
Estrutura molecular da água
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Os compostos não polares (apolares) possuem uma tendência em se auto associar em um ambiente 
aquoso. Essa interação não ocorre por atração mútua entre essas estruturas e muito menos por ligações 
hidrofóbicas. Os hidrogênios presentes nos hidrocarbonetos não formam pontes de hidrogênio mas 
afetam a estrutura das moléculas de água que os circulam. Essas moléculas ao entorno da estrutura 
apolar se apresentam com um número restrito de orientações (grau de liberdade) o que ocasiona um 
número máximo de ligações de hidrogênio entre elas. 
Essa formação máxima de múltiplas pontes de hidrogênio somente pode ser mantida se ocorrer o 
aumento da ordem de moléculas águas adjacentes. Assim, as moléculas apolares tendem a formar 
gotículas que diminuem a área de superfície exposta à água e reduz a quantidade de moléculas de 
água ondea liberdade de movimento se torna restrita. De forma bem parecida, nosso ambiente celular 
funciona, os as porções das biomoléculas tendem a ficar para dentro da estrutura ou dentro de uma 
dupla camada lipídica, diminuindo bastante o contato com a água.
Solvente universal
A água é considerada como solvente universal pois tem a capacidade de solubilizar inúmeros compostos 
orgânicos e inorgânicos, transportando-os pelo organismo. As substâncias dissolvidas em água reagem 
mais facilmente pois suas partículas espalhadas e em contínuo movimento têm uma possibilidade maior 
de entrar em contato com outras partículas. É o solvente do sangue, da linfa, dos líquidos intersticiais 
nos tecidos e das secreções como a lágrima, o leite e o suor. 
A polaridade e a capacidade de formação de ligação de hidrogênio da água faz dela uma molécula com 
alto poder de interação .
A água é um excelente solvente para a maioria das moléculas polares pois enfraquece as ligações 
eletrostáticas e ligações de hidrogênio entre esses grupamentos e passa a interagir com eles, como por 
exemplo entre carbonila e amida.
A água pode funcionar como um excelente nucleófilo
Nas reações presentes em nosso metabolismo frequentemente podemos observar o ataque por pares 
isolados de elétrons que estão presentes em moléculas ricas em elétrons (nucleófilos) sobre átomos 
deficientes em elétrons (eletrófilos). Assim, devido a sua estrutura molecular onde estão presentes 
pares de elétrons isolados , a água comporta um carga negativa parcial, funcionando como um excelente 
nucleófilo. Esse ataque nucleofílico geralmente está associado à reações de clivagem das ligações 
amida, glicosídica ou éster presentes que mantém unidas as biomoléculas (por exemplo, clivagem da 
ligação peptídica que mantém dois aminoácidos unidos através de uma ligação amida). Essa reação 
química é denominada hidrólise. 
Em contrapartida, quando as unidades monoméricas são unidas o produto dessa reação é uma molécula 
de água (com base no mesmo exemplo, quando dois aminoácidos se unem, a ligação amida é formada 
pela retirada de uma molécula de água, parte do grupo carboxílico de um e do grupo amina do outro).
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 Água 
 EXERCÍCIOS.
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1. (Enade 2008) A água é uma das poucas 
substâncias que apresenta uma anomalia no 
diagrama PT (P é pressão, T é temperatura) 
referente à curva de equilíbrio sólido-líquido. A 
justificativa para essa anomalia é que:
a) a temperatura de ebulição da água é elevada. 
b) a entropia da fase líquida é menor que a da 
fase sólida. 
c) a entalpia da fase líquida é menor que a da 
fase sólida. 
d) o volume da fase líquida é menor que o da fase 
sólida. 
e) o valor da massa molar da água é muito baixo. 
2. Explique a composição molecular da água.
3. Por que que a água é considerada um solvente 
biológico ideal?
4. Como as moléculas de água formam pontes de 
hidrogênio?
5. Como a molécula de água pode influenciar a 
estrutura de outras biomoléculas? 
6. Como ocorre as interações hidrofóbicas em 
ambiente aquoso? 
7. Explique de que maneira a água pode funcionar 
como um excelente nucleófilo?
8. Qual a importância biológica na capacidade da 
molécula de água em se dissociar?
 questão enade
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9. Correlacione as principais propriedades da 
água com o tipo de interação molecular que 
mesma realiza.
10. Dentre as propriedades fisico-químicas da 
água, com grande importância sob o ponto de 
vista biológico, podem- se citar: 
a) o alto calor específico, o pequeno poder de 
dissolução e a grande tensão superficial.
b) o baixo calor específico, o grande poder de 
dissolução e a pequena tensão superficial. 
c) o baixo calor específico, o pequeno poder de 
dissolução e a pequena tensão superficial. 
d) o alto calor específico, o alto poder de 
dissolução e a pequena tensão superficial.
e) o alto calor específico, o alto poder de 
dissolução e a grande tensão superficial. 
11. Explique como alguns insetos e pequenos 
animais são capazes de caminhar sobre a superfície 
de lagos/ lagoas e por que podemos encher um 
copo com água, passando um pouco da borda, 
sem que ela transborde? Explique considerando as 
propriedades físico químicas da molécula de água. 
 questão resolvida na aula
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 gabarito.
Resposta da Questão 1: [D]
Resposta da Questão 2:
A água é constituída de dois átomos de hidrogênio 
e um átomo de oxigênio. Essa molécula forma um 
tetraedro irregular, ligeiramente torcido, onde 
o oxigênio fica no centro e os dois hidrogênios 
e os elétrons não compartilhados ocupam os 
cantos do tetraedro. A distância entre os dois 
átomos de hidrogênio possui uma angulação 
de aproximadamente 105O. Vale ressaltar que o 
oxigênio é muito eletronegativo atrai os elétrons 
para longe do núcleos de hidrogênio, deixando-os 
com uma carga parcial positiva, enquanto sues dois 
pares de elétrons não compartilhados constituem 
uma região de carga negativa. Essa assimetria em 
relação `a carga elétrica gera uma molécula de 
característica dipolo.
Resposta da Questão 3:
O dipolo forte da água é responsável pela 
elevada constante dielétrica. Segundo descrito 
quantitativamente pela lei de Coulomb a força de 
interação entre partículas com cargas opostas é 
inversamente proporcional `a constante dielétrica 
do meio circunvizinho. Dessa forma a água 
por possuir essa constante elevada diminui a 
interação de partículas polares e carregadas o que 
a possibilita de dissolver grandes quantidades de 
compostos carregados como os sais.
Resposta da Questão 4:
Um núcleo de hidrogênio parcialmente 
desprotegido ligado através de uma 
ligação covalente a um átomo com elevada 
eletronegatividade como oxigênio ou nitrogênio 
(aqui eles funcionam como captador de elétron) 
pode interagir com seu um par de elétron não 
compartilhado com outro átomo de oxigênio ou 
nitrogênio e assim formar a ponte de hidrogênio. 
Se lembrarmos da disposição molecular da água, 
ela possui essas duas características, e assim a 
auto-associação das moléculas de água através 
dessas pontes de hidrogênio é possibilitada.
Resposta da Questão 5:
Embora a ligação covalente seja a força mais vigorosa 
que mantém as estruturas moleculares unidas, as 
forças não covalente também desempenham um 
papel importante na estabilidade e funcionalidade 
das biomoléculas. Essas forças que podem ser de 
característica de repulsão ou atração, envolvem 
interações tanto dentro da própria biomolécula 
quanto entre ela e a água que forma o componente 
principal do ambiente adjacente. Sem contar 
que a maioria das biomoléculas são anfipáticas, 
isto é, possuem regiões ricas em grupamentos 
funcionais carregados ou polares bem como 
regiões com caráter hidrofóbico. O curioso é 
que as biomoléculas tendem a se dobrar com os 
grupamentos apolares no interior enquanto as 
regiões polares ficam presentes na superfície em 
contato com a água.
Resposta da Questão 6:
Os compostos não polares (apolares) possuem uma 
tendência em se auto associar em um ambiente 
aquoso. Essa interação não ocorre por atração 
mútua entre essas estruturas e muito menos por 
ligações hidrofóbicas. Os hidrogênios presentes 
nos hidrocarbonetos não formam pontes de 
hidrogênio mas afetam a estrutura das moléculas 
de água que os circulam. Essas moléculas ao 
entorno da estrutura apolar se apresentam com 
um número restrito de orientações (grau de 
liberdade) o que ocasiona um número máximo de 
ligações de hidrogênio entre elas. Essa formação 
máxima de múltiplas pontes de hidrogênio 
somente pode ser mantida se ocorrer o aumento 
da ordem de moléculas águas adjacentes. Assim 
as moléculas apolares tendema formar gotículas 
que diminuem a área de superfície exposta `a 
água e reduz a quantidade de moléculas de água 
onde a liberdade de movimento se torna restrita. 
De forma bem parecida, nosso ambiente celular 
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funciona, os as porções das biomoléculas tendem 
a ficar para dentro da estrutura ou dentro de uma 
dupla camada lipídica, diminuindo bastante o 
contato com a água.
Resposta da Questão 7:
Nas reações presentes em nosso metabolismo 
frequentemente podemos observar o ataque por 
pares isolados de elétrons que estão presentes 
em moléculas ricas em elétrons (nucleófilos) 
sobre átomos deficientes em elétrons (eletrófilos). 
Assim, devido a sua estrutura molecular onde 
estão presentes pares de elétrons isolados , a água 
comporta um carga negativa parcial, funcionando 
como um excelente nucleófilo. Esse ataque 
nucleofílico geralmente está associado `a reações 
de clivagem das ligações amida, glicosídica ou éster 
presentes que mantém unidas as biomoléculas 
(por exemplo, clivagem da ligação peptídica que 
mantém dois aminoácidos unidos através de uma 
ligação amida). Essa reação química é denominada 
hidrólise. Em contrapartida, quando as unidades 
monoméricas são unidas o produto dessa reação 
é uma molécula de água (com base no mesmo 
exemplo, quando dois aminoácidos se unem, a 
ligação amida é formada pela retirada de uma 
molécula de água, parte do grupo carboxílico de 
um e do grupo amina do outro).
Resposta da Questão 8:
Embora discreta, a molécula de água possui 
capacidade de se dissociar. Essa ionização pode ser 
representada como uma transferência de próton 
intermolecular e um íon didróxido: H2O + H2O → 
H3O
+ + OH-. O próton transferido está associado, 
na realidade, a um grupamento de moléculas de 
água. Em nossa biologia os prótons em solução 
não existem apenas associados como H3O
+, mesmo 
assim é rotineiramente representado como 
H+, ainda que na realidade, esteja totalmente 
hidratado. Como os íons hidrônio e hidróxido 
se recombinam continuamente para formar 
moléculas de água em nossa biologia, a água 
como solvente de outros compostos químicos 
pode influenciar a ionização destes e assim, esse 
comportamento, variar o pH do meio.
Resposta da Questão 9:
As interações entre as moléculas de água são 
do tipo pontes de hidrogênio e só são possíveis 
porque a água é um dipolo. As pontes de 
hidrogênio se formam quando as cargas parciais 
positivas (que estão sobre os hidrogênios) de uma 
molécula de água interagem com cargas parciais 
negativas de outra molécula. Este tipo de ligação 
tem uma energia menor do que a das ligações 
covalentes e, portanto, pode ser mais facilmente 
desfeita (precisa de menos energia para ser 
rompida). A força das pontes de hidrogênio vem 
da grande quantidade delas, que estão presentes 
entre as moléculas de água (uma molécula de 
água possui quatro cargas parciais e, portanto, 
pode interagir com, no máximo, quatro outras 
moléculas da mesma substância). Devido essa 
grande quantidade de pontes de H no gelo faz com 
que essa molécula tenha um alto ponto de fusão e 
vaporização (precise de muito calor para derreter 
e evaporar, respectivamente, desmanchar as 
pontes de H) e pela coesão da água, por manter as 
moléculas ligadas umas às outras. 
Resposta da Questão 10: [E]
Resposta da Questão 11:
As forças de coesão igualmente compartilhadas 
entre a molécula de água e outras vizinhas faz com 
que uma molécula de água possa interagir com a 
que está ao seu lado esquerdo, direito, em cima, 
embaixo, em todas as direções, sempre com a 
mesma intensidade de força . A tensão superficial 
é uma propriedade da água desencadeada pela 
coesão de suas moléculas, umas com as outras. 
Essa coesão é fundamental para o transporte de 
líquidos no interior das plantas, dentre outros 
fenômenos biológicos.