Aula 06 Água e interações em sistemas biológicos

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Profa Mariana Lacerda 
Água e interações em sistemas 
biológicos 
Água 
 É o componente principal da matéria viva 
 
 Constitui de 50 a 90% da massa dos organismos vivos 
 
 Muito provável que as primeiras biomoléculas evoluíram 
em soluções aquosas 
 
Água 
 Os primeiros organismo multicelulares apareceram em 
ambiente aquático 
 
 
 Quanto maior a atividade metabólica de um tecido, maior é a 
taxa de água que nele se encontra 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quantidade de água no citosol é essencial ao 
metabolismo celular 
 
 Pequeno grupo de organismos resistem a desidratação de mais de 
50% do volume normal de água (bactérias archea ) 
 
 Diminuição de 20% na quantidade normal inibe significativamente o 
metabolismo 
 
 
 Diminuição a 30% dos níveis normais para completamente o 
metabolismo celular 
ÁGUA – essencial para o metabolismo 
ÁGUA – papel químicos nas reações do 
metabolismo 
Água 
 Molécula dipolar 
 Dipolo elétrico - O é mais 
eletronegativo que o H 
- os elétrons tendem a ficar 
mais próximos do O 
- Formação de pólos elétricos 
 
 Isso permite relações com 
outras moléculas polares 
 
Água 
 Principal interação – ligações de hidrogênio 
 
 Ligações de Hidrogênio: 
- Atrações/ligações eletrostáticas entre o polo 
positivo e polo negativo 
 
 
 Energia de dissociação de ligação 
 Ligação de hidrogênio: 23 kJ/mol 
 Ligação covalente O¬H : 470 kJ/mol 
É uma interação forte? 
Ligações de hidrogênio - FRACAS 
Água 
 Várias dessas ligações juntas aumenta a força coesiva – o 
resultado da adição de todas as interações juntas é grande 
 
 
 Se uma ligação de hidrogênio se desfaz, logo outra é 
formada, mantendo as moléculas de água fortemente unidas 
- a este comportamento damos o nome de coesão 
 
 
 Moléculas mais livres 
 Estrutura mais flexível 
 3,4 ligações de hidrogênio em média 
por molécula 
 Estrutura mais estável 
 Mobilidade das moléculas diminui 
 4 ligações de hidrogênio em média por 
molécula 
 Estrutura cristalina 
ÁGUA LÍQUIDA GELO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pontos de fusão e ebulição da água são muito mais altos quando 
comparados com outros solventes orgânicos 
Essas interações são responsáveis pelas propriedades 
particulares da água 
Essas transições em temperatura ambiente acontecem 
espontaneamente 
 ΔG negativo 
 Qual estado vocês acham que está mais desorganizado? 
 Como ΔH é positivo nas duas transições, é o aumento de 
entropia (ΔS) que faz com que as transições sejam 
termodinamicamente favoráveis 
 Isso garante que essas transições sejam 
termodinamicamente favoráveis 
 
Essas propriedades da água em fazer ligações de hidrogênio – muito 
importante em vários aspectos de reações bioquímicas 
 
 Características que permitem que faça pontes de hidrogênio com 
outras moléculas que também tenham polos elétricos 
Se formam prontamente entre um átomo eletronegativo (aceptor de hidrogênio, 
geralmente oxigênio ou nitrogênio) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente 
a outro átomo eletronegativo (doador de hidrogênio) na mesma molécula ou em outra 
Essas propriedades da água em fazer ligações de hidrogênio – muito 
importante em vários aspectos de reações bioquímicas 
 
 Características que permitem que faça pontes de hidrogênio com 
outras moléculas que também tenham polos elétricos 
São interações FRACAS? 
Aumento da plasticidade das interações 
moleculares 
Água 
Polar 
 
Pode formar ligações de hidrogênio com outros grupos polares 
 
 
 
 
 
Assim pode solubilizar outras moléculas com grupos polares 
 
A água pode solubilizar outras moléculas com grupos 
polares 
 
 HIDROFÍLICOS “amam água” – compostos que dissolvem 
facilmente em água (compostos polares) 
 
 
 
 HIDROFÓBICOS “medo água” – compostos que não se 
dissolvem facilmente em água (moléculas apolares como 
lipídeos e ceras) 
- solventes apolares, como clorofórmio e benzeno 
 
Compostos podem ser: 
A água pode solubilizar íons 
 Sal (cristalino) dissolvendo em água 
 O grau de desorganização dos átomos constituinte do sal 
aumenta com a dissociação (termodinamicamente favorável) 
A solubilidade de gases também depende da sua 
polaridade 
Por que o óleo não dissolve em água? 
 
Por que o óleo não dissolve em água? 
 
Por que o óleo não dissolve em água? 
 
Por que o óleo não dissolve em água? 
 
Por que o óleo não dissolve em água? 
 Moléculas hidrofóbicas em soluções aquosas - tendem a se 
aproximar para diminuir o número de moléculas de água 
altamente ordenadas 
 
 Aumento da entropia 
Importância 
 Em determinar estruturas em sistemas biológicos 
 
 Fundamental para que estruturas como membranas sejam 
formadas e estabilizadas 
 
 Se não existisse membranas não existiria células – não 
existiria vida 
 
 Impossível sem essas características da água e essa 
propriedade de compostos anfifílicos ou hidrofóbicos 
Ligações de hidrogênio entre água e biomoléculas desempenham 
um importante papel em sistemas biológicos 
 
Mas será que só as ligações de hidrogênio contribuem 
para a manutenção de biomoléculas? 
molécula cristalizada com 
água 
molécula cristalizada sem 
água 
molécula cristalizada com 
água 
molécula cristalizada sem 
água 
 A superfície da molécula é mais hidrofóbica ou hidrofílica? 
 A porção interna da molécula é mais hidrofóbica ou hidrofílica? 
 Existem forças para manter essas estruturas internas? 
Existem outras interações não-covalentes entre grupos funcionais de 
biomoléculas que contribuem para a estrutura e função dessas 
moléculas 
 
 Proteína de membrana de 
uma bactéria 
 
 Canal por onde passam 
íons – hidrofílica 
 
 Porções hidrofóbicas 
Interações de van der Waals 
 Quando dois átomos não carregados são colocados bem próximos 
um do outro, as suas nuvens eletrônicas influenciam uma a outra 
 
 Variações aleatórias nas posições dos elétrons ao redor do núcleo 
podem criar um dipolo transitório elétrico, que induz à formação 
de um dipolo transiente de carga oposta no átomo mais próximo a 
ele 
 
 Os dois dipolos atraem-se fracamente um ao outro, aproximando 
os dois núcleos 
 
 Essas atrações fracas são chamadas de interações de van der 
Waals 
Interações de van de Waals 
 À medida que os dois núcleos se aproximam, as nuvens eletrônicas 
começam a repelir uma a outra 
 
 Cada átomo tem um raio de van der Waals característico, uma 
medida do quão próximo um átomo permite que outro se 
aproxime 
Interações de van der Waals 
 São interações fracas ou fortes? 
 
 
 Lembrando que milhares, bilhares, trilhares de ligações juntas 
formam uma interação grande.