01 Introdução e água

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Introdução
Água
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Introdução
✓A bioquímica estuda os processos
químicos que ocorrem nos organismos
vivos, os compostos bioquímicos e sua
importância industrial.
• Desde a descoberta que moléculas
biológicas podem ser sintetizadas, em
1828, a bioquímica tem evoluído
continuamente.
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Introdução
✓ Menos de 30 elementos químicos são essenciais
aos organismos.
✓ Os mais abundantes são: hidrogênio, oxigênio,
nitrogênio e carbono.
✓ O carbono elemento principal.
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓Os seres vivos 
possuem diferentes 
níveis de 
organização de 
moléculas 
complexas
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✓Macromoléculas biológicas são comuns a 
todos os organismos vivos 
• Proteínas, lipídios, DNA, carboidratos. 
✓Processos metabólicos “chave” são 
basicamente os mesmos em todas as 
espécies
• Conjunto de transformações químicas
que convertem glicose e oxigênio em CO2
e água. 
✓Seres vivos 
extraem, 
transformam e 
usam a energia que 
encontram no meio 
ambiente
• Nutrientes 
• Energia solar
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✓Organismos vivos 
possuem capacidade 
de auto replicação
Células bacterianas
Fungos
Animais
Plantas
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✓Macromoléculas 
são compostas de 
um pequeno 
conjunto de 
subunidades 
monoméricas 
comuns. 
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✓Macromoléculas exercem mais de uma 
função nas células vivas. 
• Nucleotídeos
oSubunidades dos ácidos nucleicos
oTransporte de energia
• Aminoácidos
oSubunidades das proteínas
oPrecursores de neurotransmissores
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✓Todos os organismos vivos constroem 
moléculas a partir dos mesmos tipos de 
subunidades monoméricas
✓A estrutura de uma molécula determina 
sua função biológica especifica
✓Cada espécie é definida pelo seu 
conjunto específico de macromoléculas
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✓Organismos 
transformam energia e 
matéria do meio 
ambiente
✓Organismos usam 
energia extraída de 
combustíveis ou da luz 
solar
• Organismos 
fotossintéticos
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Relembrando...
✓ Interações covalentes: caracterizada 
pelo compartilhamento de um ou mais 
pares de elétrons entre átomos causando 
uma atração mútua entre eles, que 
mantêm a molécula resultante unida.
• Ligações fortes, estáveis que não 
se rompem de forma espontâneas 
no sistema biológicos
• As ligações covalentes simples 
permite a rotação livre entre os 
átomos, mas as ligações duplas e 
triplas são bastante rígidas.
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✓ Interações não covalentes: interações fracas 
fundamentais para o funcionamentos das 
macromoléculas biológicas.
• Ligações de van der Waals, forças hidrofóbicas, 
ligações de hidrogênio e ligações iônicas.
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• Interações hidrofóbicas:
são um tipo de interação 
molecular onde, compostos 
apolares sofrem 
consequências das ações 
dinâmicas dos compostos 
polares.
• Forças de Van der 
Waals Numa molécula 
apolar, no instante em 
que a sua nuvem 
eletrônica estiver mais 
deslocada para um dos 
polos da molécula, pode 
dizer-se que se formou 
um dipolo instantâneo 
que gera uma pequena 
força intermolecular de 
atração. Ou seja, por um 
pequeno período 
aparecem dois polos na 
molécula.
Interações não covalentes
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• Ligações de 
hidrogênio: interação 
entre átomos de 
hidrogênio de uma 
molécula com átomos 
de elementos 
altamente 
eletronegativos (F, O, 
N)
• Interações iônicas: 
ligação 
química baseada 
na atração 
eletrostática entre 
dois íons carregados 
com cargas opostas.
Interações não covalentes
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Moléculas polares x apolares
Metano CH4
Ácido fluorídrico HF
Água H2O
Cargas parciais 
positivas e 
negativas
Polaridades das 
ligações são quase 
nulas 
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Biomoléculas
✓A maioria dos constituintes moleculares 
dos sistemas vivos é composta de átomos 
de carbono unidos covalentemente a 
outros átomos de carbono, hidrogênio, 
oxigênio e nitrogênio.
✓Formação de grande variedade de 
moléculas
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✓ Versatilidade 
do átomo de 
carbono em 
formar 
ligações 
covalentes 
simples, 
duplas e 
triplas
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓Os átomos de H de uma cadeia 
carbônica 
podem ser substituídos individualmente 
por uma grande variedade de grupos 
funcionais => diferentes compostos 
orgânicos
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓Quanto 
maior a 
energia 
requerida 
para a 
quebra de 
uma 
ligação, 
mais forte 
a ligação
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✓Metabolismo - É o conjunto de processos 
químicos responsáveis pela transformação e 
utilização da matéria e da energia pelos 
organismos. Apresenta duas etapas: 
anabolismo (processos de síntese) e 
catabolismo (processos de degradação ou 
análise).
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Composição química dos organismos 
vivos
✓Substância inorgânicas: água e sais 
minerais.
✓Substâncias orgânicas (Carbono como 
elemento principal): carboidratos, lipídios, 
proteínas, ácidos nucléicos. 
✓ Composição química aproximada da 
matéria viva é de 75 a 85% de água; 1% de 
sais minerais; 1% de carboidratos; 2 a 3% 
de lipídios; 10 a 15% de proteínas e 1% de 
ácidos nucléicos.
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Água
✓ É a substância mais 
abundante no 
planeta terra. É 
considerada o 
solvente universal. 
✓ As substâncias que
se dissolvem na água
são chamadas de
hidrofílicas e as que
não dissolvem são
chamadas
hidrofóbicas.
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Água
✓Substância mais abundante nos sistemas 
vivos, constituindo mais de 70% do peso da 
maioria dos organismos.
1. Essencial em todas as formas de vida
2. Meio no qual ocorrem todos os eventos 
celulares
3. Necessário para ação enzimática e para o 
transporte de solutos no corpo
4. Ajuda no enovelamento de biomoléculas como 
proteínas
5. Regula a temperatura corporal
6. Acelera reações bioquímicas => fornece íons
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Estrutura Molecular da Água
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Propriedades
✓Polaridade: O é mais 
eletronegativo que H
• Os e- permanecem mais 
tempo em torno do O 
que do H, formando um 
dipolo permanente na 
molécula de água
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Duas moléculas de água 
unidas por ligações de 
hidrogênio
Mais fraca que 
ligação covalente
Ligações de Hidrogênio
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Ligações de Hidrogênio no 
gelo. Cada molécula de 
água forma no máximo 4 
ligações de H. A estrutura 
cristalina do gelo o torna 
menos denso que a água
Água e menos densa quando congelada
- Estrutura aberta
- Expansão sob congelamento
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓ Alto ponto de fusão e ebulição
✓ Alto calor de vaporização
✓ Líquida a temperatura ambiente
Calor de 
Vaporização
O calor 
necessário 
para 
transformar 
um mol de 
substância 
a partir da 
fase líquida 
para a fase 
vapor em 
pressão = 1 
atm.
A soma de todas as ligações de H acarreta uma 
grande coesão à água líquida
Ligações de hidrogênio: Propriedades da 
água
Profa: Leonora Rios de Souza MoreiraPropriedades da água
1 - Molécula Polar
- Geometria Angular
- Eletronegatividade =>oxigênio
2 - Ponto de fusão relativamente alto
- Rede regular
- Requer muita energia térmica
3 - Menor densidade em congelamento
- Estrutura aberta
- Expansão sob congelamento
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓Butanol: CH3CH2CH2CH2OH
• Ponto de ebulição: 117ºC
✓Butano:CH3CH2CH2CH3
• Ponto de ebulição: -5ºC
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Água
✓A estrutura da água 
líquida é difícil de 
precisar;
✓Cada molécula 
muda a sua 
orientação a cada 
10-12 s;
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Água forma ligações de hidrogênio com 
solutos polares
✓Formam-se entre um átomo 
eletronegativo e um hidrogênio ligado a 
outro átomo eletronegativo
H ligados a C (não 
eletronegativo) 
não formam 
ligações de H!!!
Tipos de ligações de H
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓ Ligações de hidrogênio
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Água dissolve sais cristalinos por meio da hidratação dos íons 
que os constituem. A rede cristalina de NaCl é rompida na 
medida em que as moléculas de H2O se agregam ao redor dos 
íons Na+ e Cl-
Interação eletrostática entre 
água e solutos carregados
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓A entropia (grau de desordem) aumenta
quando substâncias cristalinas, como o 
NaCl, são dissolvidos
• Os íons adquirem maior liberdade de 
movimentação
• Aumento da entropia é o responsável pela 
facilidade de dissolução desses sais na água. 
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Interação com biomoléculas
✓ Água solvente universal
✓Solutos polares (hidrofílicos) – ligação de 
hidrogênio
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Interação com biomoléculas
✓Exemplos de interação
- Proteína - Carboidrato
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Interação com biomoléculas
✓Efeito hidrofóbico
- Biomoléculas hidrofóbicas ou anfipáticas
Exemplo: lipídeos
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
O aumento no número de grupos polares na molécula 
leva ao aumento na solubilidade desta molécula em 
água.
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Interação eletrostática entre água e 
solutos carregados
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓CO2, O2 e N2 => pouco solúveis em H2O.
• Passagem da fase gasosa para a fase líquida 
restringe seus movimentos ( entropia)
• Natureza apolar
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Moléculas apolares são insolúveis em 
água
✓São incapazes de formar ligações de 
hidrogênio com a água
✓Agrupam-se formando “clusters”
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Compostos Anfipáticos
✓Regiões 
polares e 
apolares
✓As regiões 
polares 
dissolvem-
se na água
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓As regiões apolares 
agrupam-se de forma a 
apresentarem a menor 
superfície possível ao 
solvente
✓As regiões polares se 
organizam para maximizar 
a interação com o solvente
Aglomeração de ácidos graxos em 
conjuntos de micelas => exposição 
da menor superfície possível à 
água. 
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Água
✓Como as moléculas anfipáticas 
interagem com a água?
✓Forças hidrofóbicas!
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
✓As moléculas de 
água tendem a 
se movimentar 
de uma região de 
maior 
concentração 
para uma de 
menor 
concentração
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Interação com membranas
✓ Osmose - é o movimento da água através de uma
membrana semipermeável ocasionado por
diferenças na pressão osmótica
• Água tende a se mover de uma região de maior
concentração de água para uma de menor
concentração.
oClassificação das soluções em relação as células:
– Isotônicas: osmolaridade igual
– Hipertônica: osmolaridade maior
– Hipotônica: osmolaridade menor
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Interação com membranas
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira
Água como reagente
✓Reação de 
condensação
✓Reação de 
hidrólise
• Quebra 
enzimática de 
proteínas 
carboidratos e 
ác. nucleiocos
ingeridos
✓Respiração
Profa: Leonora Rios de Souza Moreira