Aula introdutória e Água

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Componentes químicos da célula
Primeiras biomoléculas: Evolução Química
• Atmosfera primitiva: pouquíssimo O2 livre→redutora
• Componentes: água, gás metano, amônia
• Bioquímico Aleksander I. Oparin (1922)- teoria da
origem da vidaorigem da vida
– Energia de descargas elétricas (raios) ou energia térmica
(UV), levaram as moléculas primitivas a 
reagirem→compostos orgânicos simples
Compostos estavam diluídos nos oceanos antigos
Primeiras biomoléculas: Evolução Química
Milênios
Acúmulo e enriquecimento de várias substânciasAcúmulo e enriquecimento de várias substâncias
orgânicas→“sopa” primordial→moléculas se 
associaram em complexos maiores
Milhões de anos
Precursores das primeiras células
Composição celular
Blocos constitutivos das células
• 4 famílias principais de moléculas orgânicas pequenas nas 
células
Macromoléculas possuem uma 
seqüência específica de subunidades
• Lipídeos
– não são poliméricos
– agregados moleculares– agregados moleculares
– matriz estrutural das 
membranas biológicas
glicose
AÇÚCAR ÁCIDOS GRAXOS
Adenina
timina
citosina
guanina
NUCLEOTÍDEOS
Saturados 
Insaturados (=)
Composição: C, O, H, N
Formação de macromoléculas
ÁguaÁgua
Propriedades e Características
Água
� é uma substância líquida que parece incolor a
olho nu em pequenas quantidades, inodora e
insípida, essencial a todas as formas de vida,insípida, essencial a todas as formas de vida,
composta por hidrogênio e oxigênio.
�Substância mais abundante nos seres vivos (70%)
�Em 1 litro de água existem mais de 300x1023moléculas
�A água é o composto químico mais abundante na Terra (97%
estão presentes nos oceanos)
Água
�Pode ser encontrada na natureza em três estados físicos:
sólido (gelo), líquido (água líquida) e gasoso (vapor)
�Todas as reações que acontecem no nosso 
organismo são em soluções aquosas, e as 
proteínas, membranas, enzimas, mitocôndrias e 
hormônios somente são funcionais na presença 
Água
hormônios somente são funcionais na presença 
desta substância 
�Cada molécula é formada por um átomo de oxigênio e dois 
átomos de hidrogênio, unidos por ligações covalentes.
Água - estrutura
�Esta ligação existe graças à atração existente entre os 
elétrons de um átomo e o núcleo do outro, e vice-versa. 
� Cada átomo de hidrogênio de uma molécula de água 
divide um par de elétrons com o átomo de oxigênio 
central 
Água - estrutura
� A geometria 
� estrutura tetraédrica, com um átomo de hidrogênio em 
cada um dos dois vértices e pares de elétrons não 
compartilhados nos outros dois lados 
� ângulo entre átomos de H = 105⁰
� As ligações de H entre as moléculas de água são 
responsáveis pelas forças coesivas que fazem da água um 
líquido à temperatura ambiente e que favorecem o 
ordenamento das moléculas que é típico da água cristalina 
(gelo);
Ligações de H
� Resulta da atração eletrostática entre o átomo de oxigênio de 
uma molécula de água e o átomo de hidrogênio de outra 
molécula de água;
� Cada molécula de água se une mediante ligação de H a 3 ou 
4 moléculas vizinhas.
� Ligações de H não são restritas à água. Podem ser 
formadas entre um átomo eletronegativo (O, N) e um átomo 
de hidrogênio ligado a um outro átomo eletronegativo; 
� O compartilhamento de elétrons entre o H e O é desigual
– a formação de dois POLOS elétricos na molécula de água 
entre cada ligação de H-O
– cada hidrogênio tem uma carga parcial positiva (δ+) e o – cada hidrogênio tem uma carga parcial positiva (δ+) e o 
oxigênio tem carga parcial negativa (δ-) 
– As cargas sobre os átomos de H e O são fortes o suficiente 
para fazê-los exercer atração em moléculas vizinhas
� Átomos de hidrogênio covalentemente ligados a carbonos 
não participam de ligações de H.
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Ligações de H comuns em sistemas 
biológicos
� ocorre entre um átomo eletronegativo (O, N) e um átomo de hidrogênio ligado 
a um outro átomo eletronegativo
• SOLVENTE UNIVERSAL
A água dissolve vários tipos de substâncias
polares e iônicas (hidrofílicas), como vários sais e
Água - propriedades
polares e iônicas (hidrofílicas), como vários sais e
açúcar, e facilita sua interação química, que ajuda
metabolismos complexos.
HH22O DISSOLVE ESTRUTURAS O DISSOLVE ESTRUTURAS 
CRISTALINASCRISTALINAS
Solubilidade
• A interação com solutos ocorre porque a água é um 
líquido polar
• A água pode dissolver:
�Sais cristalinos - água interage com íons que unem os 
átomos do salátomos do sal
�Compostos orgânicos polares (açúcares, álcoois, 
aldeídos, cetonas, ácidos) – há formação de ligação de 
hidrogênio com os grupos hidroxila ou carbonila
�Substâncias anfipáticas (fosfolipídeos, proteínas, ácidos 
nucléicos) – água forma micelas, interagindo com a 
porção hidrofílica e repelindo a porção hidrofóbica
Substâncias anfipáticas
São substâncias que 
possuem uma porção 
polar (hidrofílica) e 
outra apolar 
(hidrofóbica)
Formação de miscelas
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Introdução
1
3
• CONSTANTE DIELÉTRICA (Ɛ)
• A água tem alta constante dielétrica 
– Isso significa que a força de atração de um ânion por um 
cátion é reduzida em presença da água, o que permite 
que cada partícula fique envolvida pela água, ou seja, em 
solução
• Para a água a 25º C, a constante dielétrica é 78.5, e 
para o solvente benzeno é 4.6. 
F = Q1Q2 
Ɛ r²
F – força de atração
Q - cargas dos íons
r – distância entre os grupos carregados 
• ALTO CALOR ESPECÍFICO
Calor específico é definido como a quantidade de
calor que um grama de uma substância precisa
absorver para aumentar sua temperatura em 1°C
sem que haja mudança de estado físico. Devidosem que haja mudança de estado físico. Devido
ao alto calor específico da água, seres vivos não
sofrem variações bruscas de temperatura.
Calor específico da água – 4.184 J
• CALOR DE VAPORIZAÇÃO
É a quantidade de calor necessária para que uma
substâncias passe de estado líquido para o estado de
vapor. Devido ao elevado calor de vaporização da água,
uma superfície se resfria quando perde água na forma
de vapor
• TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS
• FACILITA REAÇÕES QUÍMICAS
• TERMORREGULAÇÃO
Água - funções
• LUBRIFICANTE
• REAÇÕES DE HIDRÓLISE
• EQUILÍBRIO OSMÓTICO
TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS
• A presença de água permite a difusão nos seres mais 
primitivos.
• Organismos mais evoluídos apresentam sistemas 
circulatórios ( hemolinfa, sangue e seiva vegetal).circulatórios ( hemolinfa, sangue e seiva vegetal).
• A urina é uma maneira de eliminar toxinas.
• As células apresentam-se em estado coloidal (rico em água) 
o que facilita transporte de substâncias.
FACILITA REAÇÕES QUÍMICAS
• Reações químicas ocorrem mais facilmente com os
reagentes em solução.
• Em algumas reações químicas a união entre moléculas
ocorre com formação de água como produto (síntese por
desidratação).desidratação).
• Reações de quebra de moléculas em que a água participa
como reagente são denominadas reações de hidrólise.
TERMORREGULAÇÃO
• Seres vivos só podem existir em uma estreita faixa de
temperatura.
• A água evita variações bruscas de temperatura dos
organismos.
• A transpiração diminui a temperatura corporal de
mamíferos.
LUBRIFICANTE
• Nas articulações e entre os órgãos a água exerce um
papel lubrificante para diminuir o atrito entre essas regiões.
• A lágrima diminui o atrito das pálpebras sobre o globo
ocular.ocular.
• A saliva facilita a deglutição dos alimentos.
Ionização da Água
• Moléculas de água ioniza
H2O� H+ + OH-
• Constante de Equilíbrio (descreve a ionização): A + B � C + D • Constante de Equilíbrio (descreve a ionização): A + B � C + D 
Keq = [H+] [OH-]
[H2O] 
Keq = 1,8 x 10-16• A 25°C uma pequena porção de moléculas da água estão 
ionizadas.
• Em um litro : 55,5 moles de H2O (concentração molar = 
55,5M) 
• Keq = 1,8 x 10-16 1,8x10-16 = [H+] [OH-]
55,5
• M = m (g) / PM . V(L) M= 1000 / 18 . 1 = 55,5M• M = m (g) / PM . V(L) M= 1000 / 18 . 1 = 55,5M
• [H+] [OH-] = 1x10-14 M2 = Kw (produto iônico da água)
• [H+] 2 = 1x10-14 M2
– Água neutra: [H+] = [OH-] = 1x10-7 pH = neutro
• Considerando que a [H+] e [OH-] estão reciprocamente 
relacionadas:
� se [H+] > 10-7 M - solução ácida
� se [H+] < 10-7 M - solução básica
pH = - log [H+]
pH + pOH = 14
LÍQUIDO pH
Plasma sanguíneo 7,4
Líquido intracelular 
(citosol hepático) 6,9
Suco gástrico 1,5 – 3,0
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Suco gástrico 1,5 – 3,0
Suco pancreático 7,8 – 8,0
Leite humano 7,4
Saliva 6,4 – 7,0
Urina 5,0 – 8,0
Tampões
• Soluções com capacidade de resistir a variações de 
pH quando da adição de ácidos (H+) ou base (OH-), 
dentro de certos LIMITES.
• Para cálculo de pH em sistema tampão: • Para cálculo de pH em sistema tampão: 
Equação de Henderson-Hasselbach
pH = pK + log [A-] 
[HA] 
–Num sistema tampão há sempre um par ácido-base conjugado. 
• doador de próton - ácido de Bronsted
CH3-COOH ↔ CH3-COO- + H+
• receptor de próton – base de Bronsted
NH3 + H+ ↔ NH4+
–A ionização é alta em ácidos fortes (HCl, H2SO4) e baixa em ácidos fracos (CH -COOH). 2 4fracos (CH3-COOH).
– Constantes de dissociação (Ka): a força de ionização de um ácido.
pK = - log Ka
– pK: valor de pH no qual 50% do ácido encontra-se dissociado. 
–IMPORTANTE: > K, < pK, maior é a força de ionização do ácido
Considerando: 
HA ↔ H+ + A-
Ka = [H+] [A-] [H+] = Ka [HA] (log)
[HA] [A-]
log [H+] = log Ka + log [HA] (-1)
[A-][A ]
-log [H+] = -log Ka + log [A-]
[HA]
pH = pK + log [A-] (desprotonado – base)
[HA] (protonado – ácido)