Química Inorgânica biológica

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Química Inorgânica biológica
Componentes
Gean Goes
Juliana Moura
Ivanildo Lima
Gabriela Souza
Lorena Santos
Professor: Marcio Roberto
Salvador 2018
INTRODUÇÃO
A química inorgânica é o ramo da química que engloba a química geral e o estudo dos compostos inorgânicos, ou seja, as substâncias que não possuem o carbono formando cadeias em sua constituição. Os compostos inorgânicos são mais abundantes na Terra do que os orgânicos, principalmente devido a composição do núcleo (majoritariamente ferro) e são geralmente encontrados na natureza como minerais.
O estudo da química inorgânica começa nas teorias atômicas, passando pelas substâncias e misturas, ligações químicas e reações, sendo toda essa construção de conhecimento baseada nas leis da físico-química.
As substâncias inorgânicas se encaixam no grupo das “funções inorgânicas” e dividem-se em: ácidos, bases, óxidos e sais. Para identificar um ácido basta reconhecer a presença de hidrogênio (H) no primeiro elemento do composto, por exemplo, o Ácido Clorídrico (HCI). Já uma base possui como último elemento o OH, como em Hidróxido de Prata (AgOH). O óxido pode ser reconhecido facilmente por possuir apenas dois elementos, onde o último é o oxigênio (O), por exemplo, o óxido de Cálcio (CaO). Os sais possuem como primeiro elemento o metal e segundo um não-metal, como o Cloreto de Sódio (NaCl).
No cotidiano temos vários produtos fabricados a partir de substâncias inorgânicas, como, por exemplo, os cabos de fibra óptica e alguns catalisadores. Na mineração temos o amianto, o sal e os silicatos. Além dos metais e das ligas metálicas
ASPECTOS DA QUÍMICA INORGÂNICA BIOLÓGICA
Uma característica dos metais que os torna tão importantes como componentes (funcionais e estruturais) dos seres vivos é sua propensão em perder elétrons facilmente formando íons com cargas positivas, que tendem a ser solúveis em fluidos biológicos. É na forma catiônica que os metais desempenham suas principais funções biológicas1-3.
Enquanto íons metálicos apresentam-se deficientes de elétrons, biomoléculas tais como proteínas e DNA são ricas em elétrons. A atração entre estas oposições de cargas conduz a uma tendência geral de "íons metálicos interagirem com moléculas biológicas". Os compostos de coordenação formados a partir destas interações são extremamente estáveis e podem ser definidos a partir das Equações 1-3 4-5.
A reação de complexação envolve a de solvatação do íon metálico e das biomoléculas, o processo de complexação e finalmente a solvatação do complexo formado. Efeitos eletrônicos (e.g. tipo de ligação entre a biomolécula e o íon metálico etc.), efeitos estéreos, termos entrópicos e efeitos de solvatação constituem a base da estabilidade do complexo formado.
A coordenação entre biomoléculas com íons metálicos inclui a deformação do centro metálico pela biomolécula e vice-versa. Associada a esta deformação está à perda de energia estérea que é compensada pela energia da ligação, que resulta da formação da ligação átomo doador de par de elétrons da biomolécula com o íon metálico (Equação 4).
Na organização das estruturas biomolécula livre, metal e, finalmente, o complexo influenciam a especificidade do par íon metálico/biomolécula ligante que envolve tamanho e forma, assim como flexibilidade e liberdade torcional da biomolécula.
A estabilidade termodinâmica ainda dependerá de fatores como:
Estado de oxidação do metal e geometria de coordenação;
Estrutura tridimensional do complexo formado;
Estequiometria;
Disponibilidade biológica da macromolécula alvo para coordenação;
Hidrofilicidade e hidrofibicidade local
Impedimento espacial momentâneo;
Presença de grupos que fazem ligações de hidrogênio com átomos ligados e não ligados ao metal.
Alguns fatores que devem ser considerados na formação de complexo metal ligante em um sistema biológico são:
Caráter duro e macio do metal e dos ligantes (cátions duros formam compostos mais estáveis com ligantes duros enquanto que cátions macios formam compostos mais estáveis com ligantes macios);
Existem numerosos conceitos e teorias que são utilizados na interpretação e previsão da estabilidade dos complexos metal-biomoléculas e propriedades relacionadas (e.g. previsão dos potenciais redox9-11, a correlação entre potenciais redox e características eletrônicas das biomoléculas12-14 e/ou sinais de RMN15). Algumas destas teorias são puramente qualitativas, outras permitem previsões semi-quantitativas, mas todas são limitadas em sua aplicabilidade. Entretanto, frequentemente as interações metais-biomoléculas são interpretadas, com sucesso, com base no princípio HSBA de Pearson (dureza e maciez de ácidos e bases)16.
A teoria dos ácidos e bases de Lewis serviu de base para uma descrição qualitativa da dureza e maciez dos ácidos e bases feita por Pearson17. De acordo com Pearson, uma espécie "macia" em geral tem grande raio atômico, baixa carga efetiva nuclear e alta polarizabilidade, enquanto que uma espécie "dura" possui características opostas. Enquanto os íons metálicos são considerados ácidos de Lewis, seus contra íons são átomos ligantes com características de dureza e maciez. No contexto fisiopatológico, estes ligantes estão representados pelas cadeias proteicas, pelas bases dos ácidos nucléicos, pequenos constituintes do citoplasma celular, cofatores orgânicos e, claro, pela água. Embora possam existir algumas exceções, a regra geral enuncia que ácidos duros se ligam a bases duras enquanto ácidos macios preferem bases macias. Uma melhor visualização da distinção entre as espécies macias e duras pode ser observada na Figura 1, que representa a correlação entre potencial de ionização e a razão carga/raio de algumas espécies M2+. Este gráfico é uma maneira simplificada de representar a distinção entre íons metálicos duros e macios. Ele fornece qualitativamente a série de Irving Williams.
A estabilidade termodinâmica do centro metálico em ambientes biológicos é determinada não somente por um estado de oxidação particular, pela biomolécula e geometria de coordenação, mas também pela estrutura tridimensional do complexo formado, pela estequiometria e disponibilidade das biomoléculas para coordenação. Outros fatores tais como hidrofilicidade ou hidrofobicidade local, impedimento espacial dos sítios de coordenação, e grupos ligantes de hidrogênio que podem interagir com átomos ligados e não ligados da esfera de coordenação metálica podem aumentar ou diminuir a estabilidade dos complexos de metalo-biomoléculas. A carga positiva dos íons metálicos estabiliza os ligantes próticos (ânions ácidos) da esfera de coordenação.
Concentração do íon metálico e do ligante em torno do sítio de complexação (determinadas através de gradientes de concentração, permeabilidade da membrana e outros fatores);
Previsão da estabilidade: A velocidade de reação depende da altura da barreira de energia de ativação para a conversão. Segundo TAUBE em condições ordinária (temperatura ambiente e concentração de 0,1 mol L-1) complexos que reagem completamente dentro de um (1) minuto são ditos lábeis. Os que levam mais do que um minuto são ditos inertes. Duas generalizações podem ser observadas:
Complexos que não apresentam estabilização adicional pela (Energia de Estabilização do Campo Cristalino) são mais lábeis
Íons pequenos são menos lábeis porque a força da ligação M-L é maior e porque é difícil para um pré-ligante se aproximar do metal.
Exemplos:
Competição entre os vários equilíbrios existentes (Ex.: solubilidade dos produtos, complexação e ácido-base). Além destes o tamanho, a carga e a geometria de coordenação preferencialmente assumida pelo íon metálico e o efeito quelato exibido pelo ligante devem ser considerados.
Uma característica dos sistemas vivos é a dependência de uma “estabilidade cinética” para a sua existência, ou seja, todos são termodinamicamente instáveis e se transformariam em CO 2 e H2O caso o equilíbrio termodinâmicofosse atingido. Desta forma o processo de manutenção da vida depende da habilidade dos organismos em restringir essa tendência utilizando-se de equilíbrios delicados de forma a produzir ou consumir apenas a energia para um determinado processo. No caso específico dos sistemas que envolvem metais, considerações relevantes incluem o equilíbrio que existe entre os centros metálicos e seus ligantes e a cinética que envolve a ligação metal-ligante.
Além destes, no estudo de metais em sistemas biológicos há mais quatro pontos importantes a serem considerados antes de discutirmos os sistemas mais conhecidos:
Nem sempre o metal presente em um sistema biológico tem uma função catalítica. Por exemplo, há um grande número de casos descritos em que o Zn2+ tem uma função estrutural, pois esta forma ligações fortes com o S de aminoácidos da proteína como a cisteína. Já o íon Ca2+ desempenha um papel fundamental na regulação da ação dos nervos (em sequência) porque os seus complexos não são nem muito lábeis, nem muito inertes.
Os íons em um sistema biológico frequentemente estão em um ambiente pouco usual. Isto não é devido aos arranjos geométricos dos átomos coordenam-te, mas está relacionado à fatores como a manutenção de sítios livres para a coordenação (seja de átomos da vizinhança, do solvente ou até mesmo de um substrato) e com o volume dos ligantes, que controlam não só o acesso ao sítio de ligação do substrato, como também regulam a mobilidade do substrato e auxiliam a manter a vizinhança hidrofílica ou hidrofóbica.
Alguns íons não são tão facilmente estudados. Íons como Zn2+ e Ca2+ não apresentam transições eletrônicas que caiam numa faixa em que possam ser observados, não tem abundância isotópica suficiente para serem estudados por RMN, não são paramagnéticos para serem analisados por RPE, não são analisáveis por Mössbauer e assim por diante. Para permitir um estudo estes íons devem ser substituídos por outros similares que possuam as propriedades espectroscópicas desejadas. No caso do zinco os íons mais utilizados são Co2+, Cu2+, Mn2+ e Cd2+. Já os íons cálcio normalmente são trocados por lantanídeos como Nd3+ e Eu3+.
Espécies contendo dois ou mais íons metálicos em ponte são extremamente comuns.
METAIS NA MEDICINA
A Química Inorgânica Medicinal, por sua vez, tem como características seu caráter multidisciplinar, visto que os elementos químicos desempenham papel crucial em processos biológicos e que muitos fármacos, não possuem mecanismo de ação puramente orgânico, alguns são ativados ou biotransformados por íons metálicos incluindo metaloproteínas (como o citocromo P450) e que outros sofrem efeitos diretos ou indiretos de íons metálicos no metabolismo. As inúmeras atividades biológicas exercidas por íons metálicos têm recentemente estimulado o desenvolvimento de fármacos à base de metais (metal-based drugs). Os principais objetos de estudo tem sido:
Figura 1. Guo, Z. Sadler, P.J. Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 1512 Orvig, C. Abrams,
M.J. Chemical Reviews, 1999, 99, 2201
Thompson, K.H, Orvig, C.; Science, 2003, 300, 936
PERMEAÇÃO ATRAVÉS DA MEMBRANA CELULAR
Um processo celular dinâmico reside na extração de íons metálicos minerais e inserção nas biomoléculas. Para muitos íons, tais como Na+, Mg2+, ou Zn2+, solubilidade não representa um problema e apenas concentrações milimolares são necessárias. Alguns elementos tais como ferro, entretanto, são tão insolúveis em pH fisiológico que estão indisponíveis. Solubilização à parte, íons metálicos devem ser absorvidos pelas células, um mecanismo que ainda permanece não muito claro e caracterizado. Dois são os possíveis caminhos
Íons positivos, tais como sódio, têm acesso ao meio intracelular, através de canais e bombas especiais na membrana celular21. Para outros íons, existem biomoléculas que facilitam seu transporte através da membrana celular, onde estes encontram proteínas transportadoras específicas (Tabela 1). Existem ainda vários outros mecanismos pelos quais a célula pode captar e concentrar um íon metálico específico em seu ambiente.
As espécies carregadas negativamente entram na célula por um sistema específico denominado transporte de ânions, tais como íon sulfato, por meio da membrana externa. Uma
vez dentro da célula, o ânion é reduzido, liga-se a um componente intracelular e, então, é difundido para o meio. Um exemplo interessante é o cromo, que, na forma do ânion cromato, CrO 2-, é carcinogênico. Seu mecanismo de entrada na célula pode ser ilustrado pela Figura 2. 4
O cromo é celular mente internalizado pelo sistema de transporte de ânions. No citoplasma, ele reage com a glutationa (GSH), um peptídeo intracelular. Nesta reação com GSH o ânion cromato é reduzido a Cr(V) e Cr(IV), e forma-se uma ligação Cr – S com o grupo sulfidrila do resíduo de cisteína da GSH. O íon metálico é então difundido para dentro do plasma, onde se liga ao DNA e sofre uma redução para Cr(III).
Para complexos metálicos ou metais neutros, a captação celular pode ocorrer por difusão passiva através da membrana celular. Este é o mecanismo que aparentemente opera a administração da cisplatina, com atividade antitumoral. A cisplatina é administrada por injeção intravenosa em solução salina aquosa. Aproximadamente metade da platina se liga às proteínas do soro e é excretada. O restante é distribuído para os vários tecidos.
Íons metálicos são captados e absorvidos por células animais e vegetais, onde vão desempenhar dois papéis principais: atuam como cofatores enzimáticos, mas, também podem catalisar reações citotóxicas.
Exemplo: Tratamento da Leishmaniose
As leishmanioses são doenças parasitárias que atingem cerca de 12 milhões de pessoas no mundo. São zoonoses típicas de áreas rurais de regiões tropicais e subtropicais. No entanto, uma crescente urbanização da doença tem sido observada. Provocada por parasitas Protozoários do gênero Leishmania, a enfermidade é transmitida ao homem (ou outros hospedeiros vertebrados) pela picada de um mosquito hematófago infectado, denominado flebótomo. Esses parasitas são fagocitados pelos macrófagos2, onde se multiplicam livremente e escapam aos sistemas de defesa do hospedeiro. No Brasil ocorrem cerca de 30 mil novos casos anuais da doença, sendo a população de baixa renda a mais atingida.
Os grandes laboratórios farmacêuticos investem pouco no desenvolvimento de alternativas terapêuticas para essas doenças, principalmente porque são classificadas como doenças negligenciadas, que dão pouco lucro.No início do século passado,
Gaspar Vianna foi o primeiro a relatar a eficácia do tártaro emético, antimonial trivalente (Esquema 1), no tratamento
da leishmaniose cutâneo-mucosa (Vianna, 1912). A partir dos trabalhos desse importante médico
brasileiro, os doentes de calazar (forma visceral e fatal da doença) passaram
a ter esperança de sobrevivência.
Entretanto, em razão de seus graves efeitos colaterais, os complexos de antimônio trivalente (SbIII) foram rapidamente substituídos por complexos de antimônio pentavalente (SbV). Foi proposto que o SbV se comportaria como uma pró-droga, sendo reduzido por tióis a Sb III no organismo hospedeiro. Segundo essa hipótese, SbIII seria a forma ativa e tóxica do antimônio.
A biomolécula glutationa (GSH, esquema 2), que contém o grupo sulfidrila e é o tiol predominante no meio intracelular, seria um forte candidato a redutor de SbV a SbIII (Frézard et al, 2001; Ferreira et al., 2003). A equação (1) mostra a redução de SbV a SbIII com formação de um complexo onde três moléculas de GSH se ligam ao SbIII.
Tem sido sugerido que nos meios biológicos Sb III interagiria com os grupos sulfidrilas de certas proteínas, resultando na perda de sua função. Por outro lado, foi também demonstrado que SbV forma complexos com ribonucleosídeos, e que essa interação poderia ter implicações no mecanismo de ação dos antimoniais (Esquema 3) (Demicheli et al., 2002). Na Figura, mostramos um esquema dos dois modelos propostos parao mecanismo de ação dos antimoniais pentavalentes.
A Química Bioinorgânica
também chamada de Bioquímica Inorgânica, é o ramo da Bioquímica que estuda o papel dos metais (em particular dos metais de transição) em sistemas biológicos.
O campo de estudos da Química	Bioinorgânica abrange o efeito da adição de metais exteriores aos sistemas vivos como por exemplo na avaliação da sua toxicidade e na determinação da estrutura e função de metaloproteínas.
Células são envoltas por membranas.
Procariontes: bactérias (arqueas) – células simples, membrana + citoplasma
Eucariontes: animais e plantas
As membranas são camadas duplas de lipídios de 4 nm de espessura.
Lipídios tornam o interior das membranas hidrofóbico e impermeável aos íons.
Há canais específicos, bombas iônicas e outros receptores onde íons passam para o interior da célula. As organelas são as partículas fundamentais das células mais complexas (célula eucariótica). A estrutura da célula é mantida pela pressão osmótica, devida a alta concentração de solutos.
Célula eucariótica Organelas:
Núcleo guarda o ADN
Mitocôndria realizam a respiração oxidativa
Cloroplastos capturam a energia luminosa
Retículo endoplasmático síntese de proteínas
Complexo golgiense vesículas que contém proteínas
Lisossomos enzimas de gradativas
Peroxissomos removem H2O2
 COMPOSIÇÃO INORGÂNICA DAS CÉLULAS
Os principais elementos que fazem parte da célula, além de C, H, O, N são P, S, Na, Mg, Ca, K.
Além disso, os elementos 2p e 3p (exceção do Be, Al e gases nobres), assim como os elementos 3 d.
Elementos traços: metais d, Se, I, Si, B. Elementos usados na medicina:	Li, Tc, Pt e Au.
Compartimentalização – Distribuição dos elementos dentro e fora da célula e entre diferentes compartimentos internos
Níveis constantes de íons nos diferentes compartimentos (regiões biológicas) - homeostasia
Ex: K+ maior concentração dentro da célula; Na+ contrário; Ca+2 é praticamente ausente no citoplasma, mas concentrado na mitocôndria.
Ph varia em diferentes compartimentos – aspecto chave na fotossíntese e respiração.
Enzimas de Cu são extracelulares e as de Fe intracelulares. Fe(III) e Cu(I) são inativos. Precisa-se então de um meio redutor para o Fe e um meio oxidante para o Cu.
Série Irving-Williams – ordem de estabilidade de complexos formados Mn(II) < Fe(II) < Co(II) < Ni(II) < Cu(II) > Zn(II)
Considerações sobre compartimentalização:
O processo necessita de energia; íons precisam ser bombeados contra um gradiente de potencial químico. A diferença de concentrações gera um potencial elétrico através da membrana que divide as duas regiões.
Essa diferença armazena energia, que é liberada quando os íons voltam as suas posições originais
Ex: Diferença de potencial elétrico para o K+:
 = (RT/F) ln {[K+] int/ [K+] ext.}
Transportadores e bombas transferem íons contra um gradiente de concentração.
Proteínas não estão estáticas: são constantemente degradadas por enzimas e modificadas quando coordenadas a metais
Principais ligantes biológicos- dos mentais: aminoácidos, água, sulfeto, sulfato.
Proteínas: sequência de aminoácidos unidos por ligação peptídica.
Àcidos e bases duros e macios
Ácidos duros preferem se ligar com bases duras Ácidos macios com bases macias.
 	 ácidos duros
 	 ácidos macios
 	 ácidos de fronteira
Estrutura secundária de proteínas; 
ocupação do espaço por átomos diferentes do hidrogênio.
 Transporte de Sódio e Potássio 
Ionóforos: propiciam a coordenação seletiva. Ex.: antibiótico valinomicina
Proteínas sinalizadoras de cálcio
Ca+2 propicia troca rápida de ligantes e número de coordenação Flexível. Mensageiro importante.
Movimento muscular: troponina + Ca 
Calmodulina – ativa a Proteína quinase
Ilustrações De Células com ligações metálicas “Inorgânica Biológica”
Os Metais de Transição e o seu papel na Biologia
Replicação celular
Produção de energia (síntese de ATP)
Transporte e armazenamento de O2
Síntese dos neuro transmissores
Combate o efeito do envelhecimento ao nível da oxidação
Radicalar de proteínas e DNA
Síntese de RNA
Síntese de hormonas
Fotossíntese
Química inorgânica biológica em farmacologia
Frequentemente associamos fármacos a compostos orgânicos, identificando-os como princípios ativos, ou sintetizados através de planejamento racional., no entanto, vários compostos ditos inorgânicos e que contêm metais são usados na clínica médica. Além disso, o mecanismo de ação de fármacos orgânicos pode envolver a coordenação a metais in vivo. 
Entre os complexos metálicos em uso clínico serão abordados os de platina, empregados para tratamento de tumores, os de antimônio, para o tratamento de leishmania, e o nitroprussiato, um complexo de ferro usado nas emergências hipertensivas. 
O conhecimento dos princípios da química inorgânica abre inúmeras possibilidades para o desenvolvimento de novos fármacos, que envolvem o planejamento de drogas baseado em características tais como lipofilia, facilidade de excreção e farmacocinética, e o uso de características inerentes aos metais, como diferentes estados de oxidação, propriedades nucleares, magnéticas e outras. 
Tarefa das mais importantes na atividade científica é reunir substâncias semelhantes em classes ou grupos, de modo a facilitar seu estudo. Uma classificação fundamental, nascida na metade do século XVIII, é a que divide as substâncias em inorgânicas (ou minerais) e orgânicas. 
Inicialmente, dizia-se: Substância inorgânica (ou mineral) é a que se origina dos minerais. Substância orgânica é a que se origina dos organismos vivos (vegetais e animais). Posteriormente, verificou-se que todas as substâncias orgânicas contêm o elemento carbono e, então, passou-se a dizer: Substâncias orgânicas são as que contêm carbono. Substâncias inorgânicas (ou minerais) são as formadas por todos os demais elementos químicos. 
Dentro desse critério, porém, existem exceções; de fato, há compostos que contêm carbono, mas que apresentam todas as características de substância inorgânica, como CO, CO2, Na2CO3, KCN etc.
Devido às suas características, essas substâncias são consideradas inorgânicas.
Portanto a Química inorgânica ou química mineral é o ramo da química que estuda e investiga as estruturas deste tipo de compostos bem como suas propriedades e a explicação do mecanismo de suas reações e transformações. Os materiais inorgânicos compreendem cerca de 95% das substâncias existentes no planeta Terra.
Neste curso vamos nos dedicar ao estudo das substâncias inorgânicas ou minerais. Sabendo, porém, que o número de compostos inorgânicos é muito grande, convém subdividi-los em agrupamentos menores, denominados funções químicas 
Inorgânicas, de modo geral, dizemos que:
Função química é um conjunto de substâncias com propriedades químicas semelhantes, denominadas propriedades funcionais. 
Dentre os compostos inorgânicos, a principais funções químicas são; os ácidos, as bases, os sais e os óxidos. 
Antes, porém, de iniciarmos o estudo das funções químicas inorgânicas, devemos comentar a chamada teoria da dissociação iônica de Arrhenius. 
Arrhenius verificou, no fim do século XIX, que algumas soluções aquosas conduziam corrente elétrica, e outras não.
Como se explica essa diferença? Arrhenius explicou-a do seguinte modo: 
- O açúcar (e outros não-eletrólitos), quando dissolvido na água, subdivide-se em moléculas (C12H22O11) que são eletricamente neutras e, portanto, insensíveis ao campo elétrico; sendo assim, a corrente elétrica não pode fluir na solução. Segundo Arrhenius, os não-eletrólitos são sempre substâncias moleculares (como é o caso do açúcar), a sacarose C12H22O11, Glicose C6h12O6 o Álcool comum C2H6O e a Ureia CH4N2O- O sal (e demais eletrólitos), quando dissolvido na água, subdivide-se em partículas carregadas eletricamente e denominadas íons (no caso do sal, temos Na+ e Cl-),em um processo denominado Dissociação iônica. Os íons positivos (cátions) caminham em direção ao polo negativo; os íons negativos (ânions) caminham em direção ao polo positivo; desse modo, a corrente elétrica pode fluir na solução e, como o circuito elétrico não fica interrompido, a lâmpada se acende. 
Os eletrólitos, no entanto, podem ser substâncias moleculares ou iônicas. 
- O caso do ácido clorídrico, que em seu estado natural (gasoso) é formado por moléculas (hcl). Ao ser dissolvido em água, segundo Arrhenius a própria água quebra as moléculas hcl e provoca a formação dos íons H+ e Cl-.
Íons denomina-se ionização. A extensão da ionização depende da substância considerada. 
Para medir a maior ou menor extensão de uma ionização, usa-se o chamado grau de ionização (ou o grau de dissociação iônica, quando for o caso), que é representado pela letraα: 
O grau de ionização varia entre 0 e 1 (ou 0% e 100%). Quando α tem valor próximo de zero, significa que a substância está pouco ionizada, sendo chamada de eletrólito fraco. Quando α se aproxima de 1, a substância está bastante ionizada, sendo chamada de eletrólito forte. 
Ao redor de 1884, Arrhenius definiu duas das principais funções inorgânicas: ácidos e bases.
Ionização é a formação de Íons quando acontece quando algumas substâncias se dissolvem em água. Exemplos são os cloretos de hidrogênio hcl o brometo de hidrogênio hbr, Amônia NH3. Nem todas as substância moleculares sofrem ionização ao dissolverem em água.
Química Inorgânica em tratamento de Câncer
Química inorgânica biológica na Agricultura
As plantas obtêm os nutrientes que necessitam através da absorção pelas raízes dos elementos essenciais na solução do solo. Essa absorção pode ocorrer de três formas:
A) Por interceptação radicular, através do contato direto da raiz ou, no caso da planta ter estabelecido uma simbiose com fungos micorrízicos, através do contato direto das hifas com o nutriente;
Figura I.2. Esquema de interceptação radicular.
 Fluxo de massa, através da entrada de água na planta;
Figura I.3. Esquema de fluxo de massa.
B) Difusão, ou seja, de área mais concentrada, no solo para a área menos concentrada, próxima a raiz (rizosfera) onde o fluxo de absorção é maior. No entanto, cada elemento tem sua velocidade de difusão, o que é função, basicamente, do seu grau de interação com as forças atrativas ou repulsivas do solo. Por exemplo, o nitrato é muito móvel em função da repulsão que sofre com respeito às cargas do solo que, normalmente, são negativas. O potássio, por exemplo, é adsorvido ao solo por forças eletrovalentes, mais fracas que a ligação do fosfato, que é adsorvido por forças covalentes. Logo, espera-se que, em geral, o K seja mais móvel no solo que o P.
Figura I.4. Esquema de difusão.
Dentro da parede celular há os micros e macro poros formados pela organização das micro fibrilas de celulose, hemicelulose e lignina, com incrustações, depósitos de ácidos orgânicos, proteínas estruturais e outros compostos que ajudam a formar a estrutura da parede celular. Esses macros e micro poros conectam-se com os espaços intercelulares e formam um continuo, também chamado de “espaço livre” ou apoplasma. Qualquer espécie iônica, o K+, por exemplo, pode difundir livremente da solução do solo para o interior das raízes, circulando pelo espaço livre.
A passagem de um íon do espaço externo (livre) para o interno de uma célula só ocorre através de sítios específicos na superfície do plasma lema. Logo, se um íon não encontra o seu sítio, ele só poderá circular nos poros, no espaço intercelular e até sair da planta.
No entanto, uma vez absorvido, não volta mais para o lado externo. Ele desloca-se do interior de uma célula a outra até chegar ao parênquima vascular. Nessa situação, o caminho a ser percorrido é possível graças a uma rede de comunicação célula a célula, os plasmodesmas. Ele é um prolongamento do material celular que passa através de poros na parede celular, formando um continuo, desde as células mais externas (epiderme) até as mais internas (endoderme) da raiz. Esse conjunto é chamado de simplasma. Algumas espécies iônicas, de absorção muito rápida, são quase que totalmente absorvidas nas células epidérmicas ou nas primeiras camadas de células. Neste caso, essas espécies chegam à área vascular por deslocamento simplástico, como é o caso do fosfato. Outros íons, como o potássio, deslocam-se facilmente por via apoplástica.
A absorção de íons nas membranas ocorre através de sítios, de origem proteica, que permitem a
passagem dos íons do meio externo para o interno das células. Essas proteínas formam os três sistemas que atuam no transporte de íons
Bombas iônicas = atuam no transporte unidirecional de íons (uniporte) e estão ligadas a sistemas geradores de energia (ex. H-ATPases);
Transportadores de íons = podem ser unidirecionais (uniporte) e atuar na troca de uma
espécie iônica por outra (antiporte) ou no transporte simultâneo (simporte);
 Canal iônico = transporta apenas a favor de gradientes de potencial eletroquímico.
Nesse ponto, vale a pena fazer uma reflexão: se os íons encontrados na solução do solo e no interior das raízes fossem distribuídos naturalmente, de acordo com princípios de físico-química, deveria haver o deslocamento de íons do local mais concentrado para o menos concentrado. No entanto, a concentração observada de íons na raiz é muito superior (de centenas a dezenas de milhares de vezes) a encontrada na solução do solo. Além disso, mesmo em condições em que a concentração de nutrientes na solução externa seja 1000 vezes inferior à das raízes, ainda assim, as plantas absorvem esses elementos (Figura I.10). Logo, QUE FORÇAS SERIAM CAPAZES DE VENCER A BARREIRA FORMADA PELOS GRADIENTES DURANTE O PROCESSO DE ABSORÇÃO VEGETAL?
Um dos mecanismos mais importantes na nutrição mineral das plantas envolve a bomba iônica de extrusão de prótons, um transporte contra o gradiente de potencial eletroquímicos e, por isso, considerado como transporte ativo.
Quando uma célula vegetal em equilíbrio com a solução externa é medida, com microeletrodos, por exemplo, observa-se que existe uma diferença de potencial em torno de -100 mV. A existência desse potencial, em condições de equilíbrio de fluxos, indica que as plantas tendem a manter excesso de carga negativa no seu interior, com respeito à solução externa. Essas cargas originam-se da dissociação de ácidos orgânicos, com posterior extrusão de prótons. O pH citoplasmático está em torno da neutralidade e os ácidos orgânicos têm pK em torno de 3,5. Assim, em condições normais de metabolismo, esses ácidos estarão dissociados. Assim, a bomba de prótons gera um gradiente de prótons e, consequentemente, uma força próton motriz que energiza o transporte de outros íons.
Como isso funciona?
A bomba de prótons é, na verdade, um transportador de íons específico para prótons (H+) que funciona usando energia metabólica (ATP). O transportador, estimulado pela presença de H+ no meio interno,
usa a energia gerada pela hidrólise do ATP para mudar de estado energético, liga-se ao H+ e o bombeia
para o meio externo, independentemente de troca por outro cátion (do meio externo). É, portanto, um sistema de transporte unidirecional (Uniporte).
Os nutrientes, após deslocamento por via simplástica ou apoplástica, alcançam as células do parênquima vascular e um processo inverso tem lugar, com o efluxo dos nutrientes para o espaço livre
da área estelar. Esses nutrientes e a água seguem então via xilema para a parte aérea da planta, onde
são, novamente, depositados no espaço livre das células. Para participar do metabolismo celular, esses nutrientes precisam atravessar novamente a barreira do plasmalem
Outras formas importantes de absorçãode nutrientes envolvem a simbiose das plantas com micro-organismos, como bactérias e fungos. Nesse caso, destacam-se as bactérias fixadoras de N atmosférico (FBN) e os fungos micorrízicos.
A contribuição de bactérias para a nutrição de plantas leguminosas através da fixação biológica de nitrogênio é bastante conhecida (Oliveira et al., 2004). Nestas associações, bactérias Gram-negativas conhecidas como rizóbios (Rhizobium, Azorhizobium, Allorhizobium, Bradyrhizobium, Sinorizobium, Mesorhizobium) colonizam tecidos vegetais internos (raízes e, por vezes, o colmo) como simbiontes, causando o desenvolvimento de estruturas de simbiose altamente especializadas denominadas de nódulos. Uma vez que ocorre a formação de nódulos funcionais, os rizóbios assumem uma morfologia característica de associações simbióticas (bacteróides) e fixam ativamente o nitrogênio atmosférico que é transferido para a planta hospedeira em troca de fotoassimilatos.
Esse processo simbiótico é extremamente importante em cultivos comerciais de alguns legumes (soja e caupi, por exemplo) e na recuperação de áreas degradadas.
Com respeito às não-leguminosas, um levantamento da contribuição da FBN para a cultura da cana-de- açúcar foi feito em áreas de produção representativas do cenário brasileiro nos estados de São Paulo, Rio de Janeiro, Minas Gerais e Pernambuco (Polidoro et al., 2001). Utilizando-se os valores médios de δ15N das plantas de cana-de-açúcar e das testemunhas, estimou-se que a contribuição da FBN para a nutrição nitrogenada da cana-de-açúcar no Brasil variou, nas condições de estudo de 0 a 60%, com média de 32%.
O principal responsável pela fixação do N atmosférico é a enzima hidrogenasse que, nas CNTP, media a reação.
N2 + 8H+ + 16ATP + 8e-  2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi
Dissociação do gás carbônico (CO2)
O gás carbônico está naturalmente presente nos poros do solo que contêm ar, devido à respiração dos micro-organismos. Este gás carbônico liberado vai reagir com a água também retida nos poros do solo, de acordo com a seguinte reação:
CO2 + H2O  H++ HCO3
Os íons hidrogênio e bicarbonato ficam dissolvidos na água do solo (também chamada de solução do solo). Por equilíbrio, o hidrogênio presente na solução do solo pode deslocar um nutriente (K+, por exemplo) retido nas cargas do solo (CTC). O potássio passa para a solução do solo e juntamente com o ânion bicarbonato (HCO -) é lixiviado para camadas mais profundas do solo, longe das raízes das plantas. Isto ocorre de maneira idêntica para o cálcio e magnésio, mas esta reação leva a acidez do solo até pH 5,2 e é fato que existem solos com pH menor que este. Então, para valores menores de pH, o hidrogênio surge de outras maneiras como será visto a seguir.3
Absorção de nutrientes pelas plantas
A maioria das plantas cultivadas absorve mais cátions (ex.: Ca2+, Mg2+ e K+) que ânions (ex.: Cl- e SO42-). Para cada cátion absorvido, uma quantidade equivalente de hidrogênio é liberada para a solução do solo (Figura II.1). Apesar de na absorção de um ânion como o cloreto (Cl-) a raiz da planta liberar uma hidroxila (OH-), sempre ocorrerá maior liberação de H+ que acidificará o solo. Além disso, é bem conhecido o sistema de extrusão de H+ pelas raízes das plantas.
Uso de fertilizantes
Ao adubarmos o solo utilizando adubos minerais como sulfato de amônio, (NH4)2SO4, estamos acelerando ainda mais a acidificação do solo, pois este adubo, ao se dissolver no solo, reage com o oxigênio vindo a formar grande quantidade de hidrogênio H+.
(NH4)2SO4 → 2NH + + SO 2-4	4
A ureia acidifica o solo de maneira semelhante.