Bioquímica água

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BIOQUÍMICA 
Aula – Água
Água 
■ Porque é importante estudar sobre a água?
– Todos os aspectos da estrutura e da função da célula são 
adaptados as propriedades físicas e químicas da água;
– As forças de atração entre as moléculas da água e a menos 
tendência da água em ionizar são fundamentais para a estrutura e 
a função das biomoléculas. 
– A molécula de água e seus produtos de ionização (𝐻+ 𝑒 𝑂𝐻−)
influenciam profundamente a estrutura, a organização e as 
propriedades de todos os componentes celulares.
– O reconhecimento entre as biomoléculas são influenciadas pelas 
propriedades da água como solvente.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
Revisão 
■ Átomo:
– É a menor parte de uma matéria que representa um 
elemento particular;
– Composto por partículas subatômicas:
■ Prótons
■ Nêutrons
■ Elétrons.
– Elemento químico – conjunto de átomos. 
Núcleo 
Fora do núcleo – eletrosfera. 
(MOORE, 2008)
(GRAFF, 2003)
Átomo 
■ Elétrons:
– Formam os elementos químicos;
– Agrupam-se para formar moléculas;
– Estão em órbitas de energia diferente ao redor
do núcleo;
– O nível de energia que um elétron normalmente 
ocupa e conhecido coo estado fundamental. 
(MOORE, 2008)
Átomo com desequilíbrio elétrico 
■ Íon:
– Desequilíbrio entre prótons e elétrons.
➢ Catíons: p>e;
• São átomos que apresentam mais cargas positivas
(prótons) do que cargas negativas (elétrons);
• Átomo perde elétrons;
• O total de elétrons perdidos é igual ao total de cargas 
positivas adquiridas.
(DE BONI E GOLDANI, 2007))
Átomo com desequilíbrio elétrico 
■ Íons:
➢Ânions: p<e
• Possui mais elétrons do que prótons;
• O átomo ganha elétrons;
• O total de elétrons ganhos é igual ao total de
carga negativa adquiridas.
(DE BONI E GOLDANI, 2007))
Ligações químicas 
■ Ligações que ocorrem entre os átomos para formar 
moléculas. Tipos:
– Iônica
– Covalente
– Metálica
– intermoleculares
(DE BONI E GOLDANI, 2007))
Ligação iônica 
■ Os átomos formam íons com facilidade.
■ Ocorre entre átomos que apresentam facilidade em perder elétrons (baixo 
potencial de ionização) e átomos com facilidade em receber elétrons (os de 
alta afinidade eletrônica).
■ É devido a essa complementaridade que os átomos com 1, 2 ou 3 elétrons
na última camada (geralmente metais) tendem a perde-los para átomos que 
possuem 5,6 ou 7 elétrons na última camada (geralmente não-metais).
❖ Na transferência de elétrons, os átomos obedecem á regra do octeto:
❖ Qualquer átomo, exceto o hidrogênio, tende a formar ligações até 
completar oito elétrons de valência.
(DE BONI E GOLDANI, 2007))
Ligação iônica 
■ Combinação:
– Metal – não-metal;
– Metal- hidrogênio.
Elemento fortemente Normalmente possuem 
na camada de valência
Tendência a 
Metal Eletropositivo 1 à 3 Perder elétrons 
cátions
Não metal Eletronegativo 5 à 7 A formar ânions
(DE BONI E GOLDANI, 2007))
Ligação covalente 
■ Ocorre entre átomos com tendência de receber elétrons;
■ Ocorre compartilhamento ou emparelhamento de elétrons;
– Quando dois átomos precisam ganhar elétrons para adquirir estabilidade;
– Compartilham os elétrons mais externos, as estruturas formadas são eletricamente neutras;
■ O átomo utiliza os elétrons do outro.
■ Combinação:
– Hidrogênio – não-metal;
– Não-metal – não-metal;
– Hidrogênio – hidrogênio.
■ Podem ser:
– 𝐶12𝐻22𝑂11 - açúcar (sólido)
– 𝐻2O – água – (líquido)
– C𝑂2 - gás carbônico (gasoso).
(DE BONI E GOLDANI, 2007))
Exercício 
1- Um átomo possui 26 prótons, 30 neutros e 23 elétrons. 
Marque a alternativa incorreta.
A. Seu número de massa é 56.
B. Seu número atômico é 26.
C. Esse átomo é na realidade um cátion.
D. No seu núcleo existem 79 partículas.
2 - A representação 26
56𝐹𝑒 indica que o átomo do 
elemento químico ferro apresenta a seguinte 
composição nuclear.:
A. 26p, 20e, 30n.
B. 26e, 30n.
C. 26p, 26e, 56n.
D.260, 26n.
E. 26p, 30n.
3 - O número de prótons, de elétrons e de 
neutros do átomo 17
35𝐶𝑙 é respectivamente:
A. 17, 17, 18.
B. 35, 17, 18.
C. 17, 18, 18.
D.17, 35, 35.
E. 52, 35, 17.
■ O que é ligação iônica?
■ O que é ligação covalente?
Ligação de hidrogênio
■ É responsável pelas propriedades incomuns da água;
– Grande coesão interna;
■ Atração entre as moléculas de água adjacentes (atrações 
intramoleculares). 
■ Redes estendidas de moléculas de água unidas por ligações de 
hidrogênio também formam pontes entre solutos (proteínas e ácidos 
nucleicos) que permitem que as moléculas maiores interajam umas 
com as outras por distâncias de vários nanômetros sem se tocarem 
fisicamente.
■ Não são exclusivas para a molécula de água. 
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
Estrutura da molécula da água
■ Cada átomo de hidrogênio de uma molécula de água compartilha um 
par de elétrons como o átomo central do oxigênio;
■ A geometria da molécula é ditada pela forma dos orbitais eletrônicos 
mais externos do átomo de oxigênio;
– o arranjo aproximado tetraédrico dos orbitais ao redor do átomo 
de oxigênio permite que cada molécula de água forme ligações 
de hidrogênio com até quatro molécula de água vizinhas.
■ O núcleo do átomo de oxigênio atrai elétrons mais fortemente que o 
núcleo de hidrogênio, ou seja, o oxigênio é mais eletronegativo.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
Estrutura da molécula da água
■ Compartilhamento desigual de elétrons:
– Dois dipolos elétricos na molécula de água;
– Cada hidrogênio carrega carda parcial positiva (Π+);
– O oxigênio carrega carga parcial negativa igual em magnitude à soma
das duas cargas parciais positivas (2Π-);
❖ Ocorre uma tração eletrostática entre o átomo de oxigênio de uma molécula 
de água e o hidrogênio de outra – ligação de hidrogênio.
❖ São ligações relativamente fracas;
❖ É cerca de 10% covalente, devido às sobreposições nos orbitais de 
ligação e cerca de 90% eletrostática.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
A água é um solvente polar.
■ Dissolve prontamente a maioria das 
biomoléculas que em geral são 
compostos carregados ou polares.
■ Hidrofílicos – compostos que se 
dissolvem facilmente em água.
■ Hidrofóbicas – solventes apolares
são solventes ruins para
biomoléculas polares, mas 
dissolvem prontamente moléculas 
hidrofóbicas – moléculas apolares 
como lipídeos e ceras.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
■ A água dissolve sais como o 
NaCl pela hidratação e 
estabilização dos íons 𝑁𝑎+ e 
𝐶𝑙−, enfraquecendo as 
interações eletrostáticas 
entre eles e, portanto 
neutralizando a sua 
tendência de se associar em 
uma rede cristalina.
■ Logo que um sal como o NaCl
se dissolve, os íons 𝑁𝑎+ e 
𝐶𝑙−.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
Gases apolares são fracamente 
solúveis em água.
■ Moléculas de gases biologicamente importantes apolares:
– 𝐶𝑂2, 𝑂2 e 𝑁2.
■ Pouco solúveis em água;
■ A hemoglobina e mioglobina – proteínas transportadoras 
solúveis em água, facilitam o transporte de 𝑂2. 
■ O 𝐶𝑂2 - forma o ácido carbônico (𝐻2 𝐶𝑂2) em solução aquosa, 
que é transportado tanto como íon bicarbonato (H𝐶𝑂3
−), como 
bicarbonato livre solúvel em água e ligado à hemoglobina.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
As moléculas de água tendem a se mover de 
uma região de maior concentração de água para 
uma de menor concentração.
■ Quando duas soluções aquosas são 
separadas por uma membrana
semipermeável (que permite a passagem de 
água, mas não de molécula de soluto), a 
difusão das moléculas de água da região de 
maior concentração para região de menor
concentração de água produz pressão 
osmótica.
■ Osmose, o movimento da água através de
uma membrana semipermeável ocasionandopor diferentes na pressão osmótica, é um 
fator importante na vida de grande parte das 
células. 
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
■ As membranas 
plasmáticas são mais 
permeáveis à água que a 
maioria das outras 
moléculas pequenas, 
íons e macromoléculas, 
porque os canais 
proteicos (aquaporinas) 
na membrana nas 
seletivamente permitem 
a passagem de água.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
O movimento cinético da 
substância ocorre através 
de uma abertura na 
membrana ou através dos 
espaços intermoleculares
sem interação com 
proteínas transportadoras
A proteína
transportadora 
ajuda na 
passagem das 
substâncias
Transporte de substâncias 
contra um gradiente de 
concentração.
■ Isotônicas – soluções com 
osmolaridade igual à do citosol de 
uma célula, em relação àquela 
célula. A célula não ganha e não 
perde água.
■ Hipertônicas – maior
osmolaridade que o citosol. A 
célula encolhe assim que a água 
se transfere para fora. 
■ Hipertônicas – menor 
osmolaridade que o citosol. A 
célula incha assim que a água 
entra.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
■ Nos seus ambientes naturais, as 
células geralmente contêm maior 
concentração de biomolécula e 
íons que nas suas vizinhanças, 
logo a pressão osmótica tende a 
enviar a água para dentro das 
células.
■ As células também bombeiam 
ativamente para fora 𝑁𝑎+ e 
outros íons para o fluido 
intersticial para que permaneça o 
equilíbrio osmótico com o meio 
circulante.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
■ O plasma sanguíneo e os fluidos intersticiais são mantidos 
em osmolaridade semelhante à do citosol. A alta 
concentração de albumina e outras proteínas no plasma 
sanguíneo contribuem para a sua osmolaridade.
Ionização da água
■ A água tem pequeno grau de ionização em íons (𝐻+ e 𝑂𝐻−).
■ Quando ácidos fracos são dissolvidos na água, eles contribuem com um 𝐻+ por 
ionização.
■ Bases fracas consomem um 𝐻+ se tornando protonadas.
■ A concentração total dos íons hidrogênio a partir de todas as fontes é 
experimentalmente mensurável, sendo expressa como o pH da solução.
■ As moléculas de água têm a leve tendência de sofrer uma ionização reversível, 
produzindo um íon hidrogênio (próton) e um íon hidróxido (OH), gerando o equilíbrio.
■ 𝐻2O ⇌ 𝐻
+ + OH
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
Ionização da água
■ A ionização da água pode ser 
medida pela sua condutividade 
elétrica;
– O movimento dos íons
hidrônico (hidrogénio 
hidratados) e hidróxido no 
campo elétrico é 
extremamente rápido 
comparado com o de outros 
íons como 𝑁𝑎+, 𝐾+, 𝐶𝑙− - alta 
mobilidade iônica resulta do 
tipo de “salto de prótons”.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
Ionização da água
■ A alta mobilidade iônica do 𝐻+ reações acido-básicas em soluções aquosas são 
excepcionalmente rápidas.
■ A escala de pH indica as concentrações de 𝐻+ e 𝑂𝐻−.
■ A medida do pH é um dos procedimentos mais importantes e usados com mais 
frequência na bioquímica.
■ O pH afeta a estrutura e a atividade de macromoléculas biológicas.
■ As medidas do pH do sangue e da urina são comumente usadas em diagnóstico 
médico.
(LEKNUNGER, NELSON E COX, 2014)
Exercícios
■ 1- Explique a estrutura da água.
■ 2- Defina:
– Hidrofílicos
– Hidrofóbicas
– Osmose
– Isotônicas
– Hipertônicas
– Hipertônicas
■ 3 - Explique ph.
Bibliografia 
■ DE BONI, A. B. Goldani, M. E. Introdução Clássica à Química 
Geral. Porto Alegre. Ed. Tchê Química cons Educ LTDA, 2007. 
■ GRAFF, Vand. Anatomia humana. 6.ed. São Paulo, SP: Manole, 
2003. 
■ LEHNINGER, Abert L. Nelson, David L. Cox, Michael M. Princípios 
de bioquímica de Lehninger. 6 ed. Porto Alegre, Artmed, 2014.
■ MOORE, Joen T. Química para leigos. Alta Books. Rio de Janeiro, 
2008.