1 - ÁGUA

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ÁGUA
Curso: Superior em Tecnologia de Alimentos
Disciplina: Fundamentos de Bioquímica
Professora: Cristiane Bourscheid
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Água 
Objetivo: 
identificar as propriedades físico-químicas da água em alimentos.
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Água
Introdução 
A água é a substância mais abundante nos sistemas vivos;
Correspondendo a 70% ou mais da massa da maioria dos organismos;
A maioria das reações bioquímicas ocorrem na água;
A água participa ativamente das reações.
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Água
 Introdução
A água tem ponto de fusão, ponto de ebulição e calor de vaporização maiores do que a maioria de outros solventes. 
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Água
Geometria da molécula de água
Cada átomo de hidrogênio da molécula de água compartilha um par de elétrons com o átomo de oxigênio;
O oxigênio é mais eletronegativo;
O arranjo quase tetraédrico dos orbitais ao redor do átomo de oxigênio permite a cada molécula de água formar pontes de hidrogênio com até quatro outras moléculas vizinhas. 
Estrutura tetraédrica
Molécula polar
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Água
 Geometria da molécula de água
Água líquida  com temperatura e pressão atmosférica ambiente, forma pontes de hidrogênio com outras 3,4 moléculas.
Gelo  molécula de água fixa em um determinado espaço, forma pontes de hidrogênio com outras 4 moléculas.
O rompimento de um número de pontes de hidrogênio suficiente para desestabilizar a rede cristalina requer uma grande quantidade de energia térmica  alto ponto de fusão da água.
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Água
 Estrutura do gelo
A rede cristalina do gelo ocupa mais espaço que o mesmo número de moléculas de H2O ocupa na água líquida; assim o gelo é menos denso que a água líquida e, portanto, nela flutua.
Expansão do volume.
Pontes de hidrogênio 
no gelo .
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Água
 Água como solvente : “solvente universal”
As pontes de hidrogênio não são restritas a água. 
As pontes de hidrogênio podem se formar entre:
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Água
 Água como solvente : “solvente universal”
As biomoléculas polares não-carregadas, como açúcares, dissolvem-se facilmente na água devido ao efeito estabilizador das pontes de hidrogênio que se formam entre os grupos hidroxila ou o oxigênio do grupo carbonila do açúcar e as moléculas polares da água;
Os alcoóis, aldeídos, cetonas e compostos que apresentam ligações N-H formam pontes de hidrogênio com moléculas de água e tendem a ser solúveis na água.
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Água
 Água como solvente : “solvente universal”
A água dissolve sais como o NaCl hidratando e estabilizando os íons Na+ e Cl-, enfraquecendo as interações eletrostáticas entre eles;
O mesmo ocorre com as biomoléculas carregadas eletricamente, compostos dos grupos funcionais, tais como:
ácidos carboxílicos ionizados (-COO-);
aminas protonadas (-NH3);
éteres ou anidridos fosfóricos.
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Água
Água como solvente : “solvente universal”
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Água
 Pontes de hidrogênio 
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Água
Compostos hidrofílicos, hidrofóbicos e anfipáticos.
A água é um solvente polar. Dissolve facilmente a maioria das biomoléculas, que geralmente são compostos carregados eletricamente ou polares;
Compostos hidrofílicos (do grego “que gosta da água”): dissolvem facilmente na água (solúvel em água). Polar.
Compostos hidrofóbicos (do grego “medo da água”): insolúvel em água. Dissolvem facilmente lipídios e ceras. Não – Polar.
Moléculas anfipática (ou anfifílicas): são moléculas que apresentam a característica de possuírem uma região hidrofílica e uma região hidrofóbica. Solúvel em lipídios e solventes orgânicos.
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Água
Biomoléculas polares
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Água
Biomoléculas não -polares
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Água
Biomoléculas anfipáticas
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Água
Compostos anfipáticos
Compostos anfipáticos tem regiões polares e regiões não polares;
Quando um composto anfipático é misturado com a água, a região hidrofílica polar interage favoravelmente com o solvente, que tende a se dissolver; mas a região hidrofóbica tende a evitar o contato com a água.
Essas estruturas estáveis de compostos anfipáticos na água são chamadas de micelas.
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Água
Formação de micelas
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Água
Formação de micelas
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Água
Formação de micelas
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Água
Formação de micelas
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Água
Micelas
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Água
Biomoléculas anfipáticas
Muitas biomoléculas são anfipáticas: 
Proteínas
Pigmentos
algumas vitaminas
esteróides e fosfolipídios de membranas
As interações hidrofóbicas:
entre lipídios e entre lipídios e proteínas são os determinantes mais importantes da estrutura das membranas biológicas;
entre aminoácidos não-polares estabilizam o enovelamento tridimensional das proteínas;
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Água
Biomoléculas anfipáticas
A camada de solvatação pode evitar o contato direto entre duas moléculas de proteínas;
Proteínas possuem sítios de ligação de água na sua superfície.
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Água
Ligações de van der Waals  fracas
As ligações não-covalentes (pontes de hidrogênio, interações iônicas, hidrofóbicas e de van der Waals) são muito mais fracas que as ligações covalentes;
350kJ de energia são necessários para o rompimento de um mol (6x102) de ligações C-C;
410kJ para quebrar um mol de ligações C-H;
4kJ para romper um mol de interações de van der Waals.
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Água
Interações não-covalentes: fracas
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Água
Ligações fracas
As macromoléculas como: proteínas, o DNA e o RNA apresentam tantos locais favoráveis para a ocorrência de pontes de hidrogênio ou interações iônicas, van der Waals e hidrofóbicas, que o efeito cumulativo dessas pequenas forças de ligação é enorme;
Macromoléculas mais estáveis (estrutura nativa)  formação de ligações fracas é máxima;
Também determina o enovelamento de uma cadeia polipeptídica em sua estrutura tridimensional;
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Água
Propriedades físicas
Solutos de qualquer tipo, quando dissolvidos, afetam certas propriedades físicas do solvente água: 
Sua pressão de vapor;
Ponto de ebulição;
Ponto de fusão (ponto de congelamento);
Pressão osmótica;
O efeito da concentração do soluto nas propriedades coligativas da água não depende das propriedades químicas do soluto; 
depende apenas da quantidade de partículas do soluto (moléculas, íons...) em uma certa quantidade de água.
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Água
 Propriedades físicas
Os solutos dissolvidos alteram as propriedades coligativas das soluções aquosas, diminuindo a concentração efetiva da água.
Ex: quando uma fração significativa de moléculas na superfície de uma solução aquosa não é água, mas soluto, a tendência de as moléculas de água passarem para fase vapor – pressão vapor – diminui.
Ex: a tendência de as moléculas de água passarem da fase aquosa para a superfície de um cristal de gelo em formação é reduzida quando algumas das moléculas que colidem com o cristal são solutos e não água. Solução congelará mais lentamente.
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Água
 Propriedades físicas
Salting in”
Baixa [Sal] que ajuda a solubilizar proteínas efeitos de íons
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Água
Pressão osmótica
As moléculas de água tendem a se movimentar de uma região de maior concentração de água para uma de menor concentração de água;
Quando duas soluções aquosas diferentes são separadas por uma membrana semipermeável (que permite a passagem das moléculas da água, mas não as do soluto);
Essa pressão é medida como sendo a força necessária para resistir ao movimento da água.
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Água
Pressão osmótica
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Água
Osmose
Osmose: movimento da água através de uma membrana semipermeável impelindo por diferenças na pressão osmótica, é um importante fator na vida da maioria das células.
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Água
Osmose
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Água
Osmose
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Água
Osmose
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Água
Osmose
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Água
Propriedades química da água
Funciona como um sistema Ácido-Base fraco;
Efeito da doação de prótons na água  maior mobilidade e íons;
pKa.
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Água
Propriedades química da água: solução tampão
Capacidade
de uma substância em manter relativamente constante o pH de uma solução em uma condição de acréscimo de um ácido ou de uma base qualquer.
Ocorre devido ao equilíbrio Ácido-Base
Essencial para a vida
Muitas moléculas biológicas funcionam como substâncias Tampões  Ex: Proteínas
Variação do pH próximo ao pKA é insensível à adição de base
	 Faixa ótima de tamponamento máxima no
		pH = pKA
	 -1 < pKA > +1
	 
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Referências
	NELSON, D. L. & COX, M.M. 2002. Lehninger: Princípios de Bioquímica. 3ª edição. Editora Sarvier, São Paulo, SP, Brasil.
	Osmose uma propriedade coligativa. Disponível em: http://www.mundoeducacao.com/quimica/osmose-uma-propriedade-coligativa.htm. Acessado em: 20/02/2014.