Estruturas Moleculares e Importância da Água

Prévia do material em texto

MEDICINA VETERINÁRIA 
DISCIPLINA: BIOFÍSICA 
3° período 
Prof.a: Msd. Érica Muniz 
 
ESTRUTURAS MOLECULARES 
ÁGUA E SUA IMPORTANCIA BIOLÓGICA 
DIFUSÃO ,OSMOSE E TÔNUS 
PH, EFEITO TAMPÃO 
 
ÁTOMOS E MOLÉCULAS 
• Átomo: menor estrutura neutra da matéria, capaz de tomar 
parte em reações químicas. 
• Moléculas: é a união dos átomos. Essa união se faz pela 
atração dos elétrons de um átomo pelo núcleo do outro 
átomo. O conjunto tem propriedades diferentes dos átomos 
componentes. 
• Íons: (viajante) mobilidade no campo elétrico. É um átomo 
que ganhou ou perdeu elétrons. 
+ : cátion – migram para pólo - (catódico) 
- : ânion – migram para o pólo + (ânodo) 
 Microíons: restos de átomos 
 Macroíons: proteínas 
 
LIGAÇÕES INTERATÔMICAS E 
INTERMOLECULARES 
• Iônica: um átomo cede e outro recebe. 
 Cada elétron trocado corresponde a uma valência. 
Cede + Recebe – 
 Tem energia forte na ordem de 100Kcal.mol-1. 
 São falsas moléculas porque são facilmente desfeitas em 
soluções pela interação com outros íons. 
• Covalente: compartilhamento, cada átomo recebe o mesmo 
número de elétrons. 
 Átomos ( ligação covalente) Moléculas 
 A energia é alta da ordem de 60 a 120 Kcal. mol-1. 
• Mista: tem caráter intermediário entre 
 as iônicas e as covalentes. 
No intercambio de elétrons 
um dos átomos é mais eletrofílico 
e cede menos 
o seu elétron, atrai mais 
 o outro elétrons. 
 Assim um átomo fica mais 
 eletronegativo e o outro 
 mais eletropositivo. 
Nesse caso a molécula 
é polarizada 
 e se orienta no campo elétrico. 
 
LIGAÇÕES SECUNDÁRIAS 
• Pontes de Hidrogênio: quando um hidrogênio é 
ligado de forma covalente a um átomo que atrai 
fortemente os elétrons, o próton fica mais exposto e, 
pode ser atraído por outro átomo, também 
eletronegativo 
Há uma formação de uma ponte entre os átomos. 
 É uma ligação relativamente estável porém fraca. 
 Pode ocorrer entre átomos de moléculas diferentes 
(intermolecular) ou entre átomos da mesma 
molécula (intramolecular). 
Ligações Hidrofóbicas: ligações de forças externas com 
grupos ligados. 
Quando as moléculas de um solvente se atraem 
mutuamente com mais força do que outra molécula 
que está nesse meio, estas moléculas se juntam por 
exclusão. 
 A energia das ligações hidrofóbicas depende da 
repulsão do solvente aos grupos participantes. Força 
de 15 a 25 Kcal.mol-1 são típicas. 
 As ligações se enfraquecem e chegam a anular, 
quando o solvente em vez de repelir dissolve os 
grupos hidrofóbicos. 
 
• Ligações de Van der Waals: resultam da 
atração de elétrons de uma molécula 
pelos núcleos da outra. 
 A distâncias entre os grupos é grande , 
nisto as forças dessas ligações são 
pequenas. 
 Tem papel importante como: 
Sustentar as interações dos monômeros 
para formar polímeros; 
Participam da formação antígeno –
anticorpo; 
Ligação enzima-substrato. 
 
• Dipolos Permanentes e Induzidos: moléculas que 
tem pólos positivos e negativos e tem uma 
distribuição assimétrica de cargas elétricas de uma 
molécula. 
Os dipolos que as cargas estão na sua estrutura são 
permanentes. 
Os dipolos que aparecem quando moléculas 
carregadas se aproximam de outras induzindo a 
distribuição assimétrica das cargas dessa molécula, 
são os dipolos induzidos ou transientes. 
 
FORÇAS COULÔMBIANAS 
DE ATRAÇÃO E REPULSÃO 
• São as mais fortes pois derivam do campo elétrico 
intenso. 
Um grupamento COO- pode atrair um grupo 
NH3
+(vice-versa) e assim manter ligados um 
segmento de uma proteína ou mesmo de duas 
moléculas diferentes. 
 São ligações importantes para manutenção das 
proteínas , para formação do centro ativo de enzimas 
e abertura e fechamento de membranas. 
 
FORÇAS DE 
LONDON- HEITLEIR 
• Movimentação de elétrons dentro de 
moléculas. 
• As cargas variam de posição e, o encontro com 
outras moléculas existem duas oportunidades 
de repulsão para uma de atração. 
• As moléculas se afastam uma das outras. 
• São fracas existente em várias moléculas 
biológicas. 
ENERGIA x FORÇA DE LIGAÇÃO 
 MOLECULAR 
• Força de uma ligação: é a força que se deve fazer 
para quebrar uma ligação. 
• Energia de uma ligação: é a energia necessária para 
fornecida do sistema para quebrar a ligação. Foi a 
energia que o sistema perdeu quando se juntou. 
• O calor aplicado ao sistema é uma exemplo comum 
de quebra das ligações ( biomoléculas) 
• O campo elétrico também é um agente típico. 
• Ligação química não é deposito de energia. 
ÁGUA E SUA 
IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA 
Os mamíferos tem cerca de 75% de água em sua 
composição. 
• A molécula de água: 
 É um híbrido sp3 de caráter misto. 
 As valências H-O formam entre si um ângulo de 105°. 
 É uma molécula assimétrica muito pequena de 
caráter polar. 
 A água forma duas pontes de H 
 A energia é de 5Kcal.mol-1, mas como existem duas 
pontes o total é de 10 Kcal.mol-1. 
Propriedades Macroscópicas 
• Densidade: água = 1g/cm3 e o gelo = 0,92 g/cm3. 
• Calor específico: é a quantidade de energia térmica necessária 
para elevar a massa de 1g e 1°C. 
 Na água o calor específico é alto é alto. 
 Age como moderador térmico no organismo protegendo 
contra mudanças bruscas de temperatura. 
• Calor de Vaporização: é alto. Para passar a vapor um líquido a 
37°C a água exige uma energia de 10,3 Kcal.mol-1. 
 Vantagens: 
Para desidratar gasta muito mais energia. 
 A água controla a temperatura corporal. A evaporação em 
pequenas quantidades serve para dissipar o excesso de calor 
temporal. 
PROPRIEDADES MICROSCÓPICAS 
 DA ÁGUA 
A água é um excelente solvente. 
 
• Substâncias Iônicas: a água tem alta constante dielétrica, є = 
80. Significa que a força de atração de ânion por um cátion é 
diminuta em 80 vezes em água. 
• Em água os cátions são mais hidratados que os ânions. Íons 
menores com seu campo elétrico mais forte atraem mais 
moléculas de água que os maiores, e se tornam mais 
volumosos. 
• As macromoléculas, pelo fato de serem poliíons atraem as 
moléculas de água . 
• Toda proteína fixa cerca quantidade de água (água de 
hidratação). A albumina humana fixa 18 moléculas de água 
em cada molécula de albumina. 
 
• Substâncias Covalentes: dissolvem na água 
através da formação de pontes de H. 
• Quando as pontes H não perturbam a 
estrutura da água, a substancia é solúvel. 
• Se a estrutura é perturbada a substância é 
insolúvel. 
 
• Sustâncias Anfipáticas: as moléculas dessas 
substâncias em meio aquoso se orientam com 
parte covalente para dentro e a parte polar 
para fora. 
 
 
• Formação de clatratos: 
Moléculas de água através das pontes H pode formar 
estruturas com cavidades interna que pode 
aprisionar (gaiola) pequenas moléculas, íons. 
• Paredes e túneis: o que isola outras moléculas da 
água. 
Esse sistema pode permanecer estável ou durante 
muito tempo apresentar em forma de soluções para 
veiculação de medicamentos. 
• Mobilidade do íon H3O: tem alta mobilidade devidos 
as pontes de hidrogênio. 
 
Soluções e Suspensões 
• Solução= sistema monofásico com mais de um componente. 
Uma mistura homogênea de várias espécies químicas. É divida 
em solvente(água) e soluto. 
• As suspensões são misturas bifásicas de sólidos imersos em 
meio líquido. Podem se juntar em flocos (Flocular) ou 
precipitarem em agregados densos (agregação). 
Podem ser: 
• Dispersão: sólido em líquido; 
• Emulsão: líquido em líquido; 
• Aerossol: sólido ou líquido em gás; 
• Espuma: gás em líquido. 
DIFUSÃO, OSMOSE 
E TÔNUS 
• A difusão de uma mistura qualquer segue com a 2ª lei da 
Termodinâmica. 
• Depende: número(concentração = quanto maior o gradiente de 
concentração, mais rápida é a difusão), 
 tamanho : partículas menores se difundem mais rapidamente 
 forma das partículas: cilindros se difundem mais rápido que as 
esferas. 
 Temperatura: o aumento da temperatura há um aumento da 
energia cinética das moléculas. 
 Tempo: a distância atingida pelas moléculas é proporcional ao 
inverso do quadrado do tempo. 
 
Osmose: despreza a forma 
e o volume das partículas. Só interessa o número. 
 Está ligada a pressão que as partículas exercem. 
 A pressão de solventes é máxima em solventes 
puros. 
 A pressão de solventes diminui na presença de 
soluto. 
Maior concentração do soluto menor a pressão do 
solvente. 
 
Pressão Atmosférica 
 
Em Fortaleza, ao nível do mar, a pressão é 1 atmosfera, isto 
é, 1 kgf/cm2 ou 76 cmHg. Em São Paulo, a 820 metros de 
altitude, ela cai um pouco. Em La Paz, capital da Bolívia, a 
3600 metros de altitude, ela já cai para 2/3 de uma 
atmosfera. Aí o ar fica rarefeito, a quantidade de oxigênio é 
menor que aqui por baixo. 
 No Everest, ponto mais alto do planeta, a mais de 8000 
metros, a pressão é menor que 1/3 de uma atmosfera. 
Nessa altitude, só com máscara de oxigênio. Os animais 
que vivem nas altas montanhas têm coração e pulmão 
maiores que o normal dos outros bichos. A vicunha, por 
exemplo, que vive nos Andes, tem 3 vezes mais glóbulos 
vermelhos por milímetro cúbico de sangue que um homem 
da planície. 
• Pressão Oncótica: as proteínas incham em 
presença de água 
• Pressão Coloidosmótica: as proteínas formam 
soluções “colóides”. 
As proteínas tem o papel de abaixar a pressão 
do solvente do lado em que está. 
• Medida da Pressão Osmótica 
• Equilíbrio da Posm = Phid 
 
 
Exemplo 
 Qual a pressão exercida pelo plasma 
sanguíneo, cuja a concentração é 
aproximadamente 0,30 osm? Temperatura de 
37°C. 
 
• Tônus: células biológicas quando 
colocadas em diferentes soluções podem 
permanecer do mesmo tamanho, inchar 
até arrebentar ( plasmólise). 
 
• Difusão e Osmose em Biologia 
 A difusão tem um papel importante na geração de potencial 
na membrana, realizando o transporte passivo de sódio para o 
interior da célula, e potássio para o exterior. 
 A distância da difusão é inversamente proporcional ao 
quadrado do tempo. 
 A difusão de medicamentos como anestésicos injetados 
localmente em pequena área, se difundem atingindo nervos 
circunvizinhos e possibilita a anestesia em regiões 
consideráveis. 
 A circulação sanguínea acelera a remoção do anestésico 
porque aumenta o gradiente da difusão. Por isso usa-se 
vasoconstritores. 
 
 
Transporte Ativo 
• Processo que para acontecer necessita de 
gasto de energia. 
• Exemplo: hemácia, pois encontramos nela 
íons de Na+ e K+ 
• O conteúdo de Na+ no interior da hemácia é 
menor que no plasma. 
• O conteúdo de K+ no interior na hemácia é 
maior que no plasma 
 
Apesar dos íons terem o 
mesmo tamanho a 
membrana plasmática 
comporta de maneira 
diferente em cada um deles. 
Podemos falar então de 
permeabilidade seletiva. 
Exemplo de situações de 
transporte ativo são as 
células da tireoide que 
retiram iodo do sangue por 
transporte ativo. 
PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA (KW) 
 
 A água pura apresenta uma condutividade elétrica definida, ainda 
que muito baixa como consequência da sua habilidade de sofrer 
uma autodissociação, que pode ser escrita como: 
 H2O (l) + H2O (l) H3O
+ (aq) + OH
- (aq) 
 
 A condição do equilíbrio é dada por [H3O
+][OH-] / [H2O]
 2. No 
entanto, como a concentração de moléculas de água é 
essencialmente constante, podemos simplificar a expressão, 
escrevendo apenas [H+][OH-], que é conhecida como Kw (constante 
de dissociação da água ou produto iônico da água). O valor dessa 
expressão é constante, e pode ser calculado experimentalmente. À 
temperatura de 25 °C, independentemente de a água ser destilada 
ou suja e lamacenta, o produto das concentrações de do íon H+ e 
do íon OH- é sempre constante e vale 1,0 x 10-14. 
 Kw = [H+][OH-] = 1,0 x 10-14 
PH e POH 
 Usualmente, para se medir a força ácido-básica de uma 
solução, utiliza-se uma escala de pH, que varia de 0 a 14. O pH 
é definido como o logaritmo negativo da concentração 
hidrogeniônica [H+]. Assim, os valores 0 e 14 significam, 
respectivamente, concentrações 1,0 mol/L e 1,0 x 10 -14mol/L, 
já que -log (1,0) = 0 e -log (1,0 x 10 -14) = 14. 
 Com o conceito de pH podemos introduzir outro: o pOH que, 
por analogia, é definido como o logaritmo negativo da 
concentração hidroxiliônica [OH-]. A soma de pH + pOH 
sempre resultará 14. Por isso, se o pH de uma solução é 3,2 
seu pOH é 10,8 e vice-versa. Podemos então classificar as 
soluções em três tipos, em relação à sua força ácido-básica: 
Soluções ácidas – A concentração de íons H3O
+ é superior a de íons OH- 
(pH < 7) 
Soluções básicas – A concentração de íons H3O
+ é inferior a de íons OH- 
(pH > 7) 
Soluções neutras – A concentração de íons H3O
+ é igual a de íons OH- 
(pH =7) 
 
Efeito Tampão 
• Soluções tampão são soluções que atenuam a 
variação dos valores de pH (ácido ou básico), 
mantendo-o aproximadamente constante, mesmo 
com adição de pequenas quantidades de ácidos ou 
bases. 
• As soluções tampão são geralmente formadas por 
um ácido fraco e um sal desse ácido, ou, então, por 
uma base fraca e um sal dessa base. As soluções 
tampão são usadas sempre que se necessita de um 
meio com pH aproximadamente constante. Elas são 
preparadas dissolvendo-se os solutos em água. 
• Em estudos ligados à medicina e à biologia é muito 
importante o conceito de solução tampão, pois os 
fluidos biológicos (animais ou vegetais) são, em geral, 
meios aquosos tamponados. 
• Um dos sistemas tampões mais importantes é o do 
sangue, que permite a manutenção das trocas 
gasosas e das proteínas. O pH do sangue é de 7,4 e o 
principal sistema tampão é um equilíbrio entre o 
ácido carbônico e o íon a ele associado, o 
bicarbonato. Este sistema evita variações de 0,3 
unidades de pH as quais poderiam trazer graves 
consequências.