Aula 1 NUT água e tampão 2017.1

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Bibliografia: 
1. Biologia Molecular da Célula - Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, 
Keith Roberts, James D. Watson. Artes Médicas Eds., 5ª edição, 2010, Porto Alegre 
2. Principios de Bioquímica - Leningher, A.L.; Nelson D.L. & Cox, M.M - Ed. Sarvier, 4ª ed 
Rio de Janeiro, 2005 
3. Fundamentos de Bioquímica - Voet, Voet & Pratt - Ed. Artmed - Porto Alegre, 2002. 
4. A Célula - Uma abordagem molecular - Cooper G.M., Ed. ArtMed., 3ª edição - 
Porto Alegre, 2007. 
5. Biologia Celular - Thomas D. Pollard & William C. Eshaw. Elsevier., 1ª edição - 2006. 
Contato: 
Simone - si_vargas@oi.com.br 
Rafael - rlsimoes@gmail.com 
Roberta – saldanhagama@yahoo.com.br 
 
Secretaria do DBCel 
PHLC – Departamento de Biologia Celular, 2°andar 
Laboratório de Farmacologia Celular e Molecular 
PAPC – Departamento de Farmacologia, 5°andar – Sala 2 
Instituto de Biologia Roberto Alcântara Gomes 
Disciplina: Biologia Celular 
Curso Nutrição– 2017.1 
Prof. Rafael 
Células e 
Biomoléculas/ 
 
Água e tampão 
A lógica molecular da vida 
“Os organismos vivos são compostos de moléculas 
destituídas de vida. Quando estas moléculas são isoladas 
e examinadas individualmente, elas obedecem a todas as 
leis físicas e químicas que descrevem o comportamento 
da matéria inanimada.” 
 O que diferencia um organismo vivo de um objeto 
inanimado? 
 São estruturalmente complexos e 
organizados (funções específicas) 
 São capazes de obter, 
transformar e utilizar a 
energia que encontram no 
meio ambiente (nutrientes 
ou luz solar) 
 Possuem capacidade de auto-replicação 
 Todos os organismos vivos constroem moléculas a partir dos 
mesmos tipos de unidades monoméricas; 
 A estrutura de uma macromolécula determina sua função biológica 
 
Subunidades monoméricas 
(aa, nucleotídeos e monossacarídeos) 
 
 
 
 
 
 
Macromoléculas 
(proteínas, ácidos nucléicos e 
polissacarídeos) 
 
Unidades estruturais básicas - células 
 Todas as macromoléculas são formadas (construídas) a partir de 
poucos compostos simples (C, H, O, N) 
Membrana plasmática - define a periferia celular 
 
Relembrando: Estrtutura da célula 
estado estacionário dinâmico 
“Um estado estacionário dinâmico acontece quando 
a velocidade de aparecimento de um componente 
celular é contrabalançada exatamente com a 
velocidade de seu desaparecimento.” 
 A composição molecular reflete um estado estacionário dinâmico 
 A composição molecular reflete um estado estacionário dinâmico 
Energia Potencial 
- nutrientes do ambiente 
(moléculas complexas como: 
açúcares e gorduras); 
- luz solar 
Conversão de parte desta energia 
(Transformações químicas ) 
 
Trabalho celular: 
Síntese química 
Gradiente osmótico e elétrico 
Transferência da informação genética 
Retornam parte desta energia para 
o ambiente sob a forma de calor 
Liberação de produtos metabólicos 
finais menos organizados (simples) 
que as moléculas iniciais: CO2, NH3, 
H2O, HPO4 
Efeito final: aumento na ordem do sistema por 
meio da formação de macromoléculas 
complexas (DNA, RNA, proteínas) 
Trabalho 
Produtos 
 Os organismos transformam energia e matéria do meio ambiente 
Biomoléculas 
 Dos mais de 90 elementos químicos que ocorrem naturalmente, apenas 
30 são essenciais para os organismos vivos. 
99% 
 As biomoléculas são compostos de Carbono 
“A química dos organismos vivos está organizada ao redor do elemento C (mais da 
metade do peso seco).” 
“As propriedades especiais de ligação do C, permitem a formação de uma grande 
variedade de moléculas.” 
Ligações Estáveis 
Grupos funcionais determinam as propriedades químicas: 
“A maioria das biomoléculas pode ser considerada como derivada dos 
hidrocarbonetos, os quais são formados por um esqueleto de átomos de C ligados 
covalentemente entre si e aos quais estão ligados apenas átomos de H.” 
Substituição dos H por grupos funcionais 
Famílias de compostos orgânicos 
Aminoácido 
Grupos funcionais determinam as propriedades químicas: 
Cinco tipos de transformações químicas ocorrem nas células 
1. Transferência de grupos funcionais 
2. oxi-redução 
3. Rearranjo da estrutura ao redor do carbono 
4. Quebra ligação C-C 
5. Condensação com eliminação de água 
 Macromoléculas e suas subunidades monoméricas: 
 Muitas moléculas encontradas no interior das células são 
macromoléculas: polímeros de alto peso molecular construídos com 
precursores relativamente simples. 
 As macromoléculas são construídas com subunidades monoméricas 
Aminoácidos (proteínas) 
Ácidos nucleicos Lipídeos 
Monossacarídeos 
(açúcares) 
 Cada composto simples é um precursor de muitos outros tipos de 
biomoléculas: 
 A estrutura celular é hierarquizada: 
Ligações 
covalentes 
Interações não-covalentes 
(pontes de H, interações iônicas, 
interações hidrofóbicas, van der 
Waals) 
 A estrutura química das biomoléculas também 
sofre a influência de forças de interações 
individualmente fracas que coletivamente influenciam 
a estrutura da maioria das moléculas biológicas. 
v 
v 
v 
v 
 Interações hidrofóbicas ocorrem entre moléculas apolares em 
solução aquosa, mantendo estas regiões agrupadas, com uma menor 
superfície em contato com a água. 
 Interações de van der Waals ocorrem quando dois átomos não carregados 
estão colocados bem próximos um ao outro e suas nuvens eletrônicas 
influenciam umas às outras. 
 As interações iônicas ocorrem entre duas moléculas carregadas, 
podendo ser de repulsão ou atração. 
Atração 
Repulsão 
As pontes de hidrogênio são comuns nos sistemas biológicos: 
*Interações eletroestáticas entre um átomo de hidrogênio de uma molécula 
e um átomo de oxigênio ou nitrogênio de uma outra molécula. 
A água e sua relevância para os seres vivos. 
A água é a substância mais abundante nos sistemas vivos. 
- Grande parte da água que consumimos diariamente provem dos alimentos. 
Fontes de água 
frutas nascente Lençol freático 
Água 
controle da temperatura 
Transporte hidroviário desidratação - ressaca 
sede 
 Penetra todas as partes da célula; 
 Grande parte das reações ocorre em meio aquoso - É onde ocorre o 
transporte de nutrientes, as reações de metabolismo catalisadas por 
enzimas e a transferência da energia química; 
Água Solvente Universal 
Embora a molécula da água seja eletricamente neutra, suas cargas 
parcialmente positivas e negativas estão separadas, resultando em um 
dipolo elétrico que possibilita a formação de pontes de hidrogênio. 
A água possui propriedades de solvente 
 Solutos carregados 
Uma segunda classe de substâncias facilmente dissolvidas na água inclui 
compostos orgânicos neutros com grupos funcionais polares, como os açúcares, os 
álcoois, os aldeídos e as cetonas. 
A terceira classe de substâncias dispersas pela água inclui os compostos 
anfipáticos. 
Formação de micelas e da bicamada lipídica 
Interações hidrofóbicas 
micela 
Bicamada 
lipídica 
fosfolipídeos 
Membrana plasmática 
polar 
apolar 
 A membrana plasmática 
- As membranas plasmáticas são permeáveis à água - simples difusão da água através da 
bicamada lipídica e a canais existentes. 
H2O ↔ H
+ + OH- 
K’eq = [H
+][OH-] = 1,8x10-16 
 [H2O] 
K’eq = [H
+][OH-] 
 55,5 
55,5 K’eq = [H
+][OH-] 
(55,5)(1,8x10-16) = [H+][OH-] 
 
1,0x10-14 = [H+][OH-] 
Expressão para a constantede equilíbrio: 
Concentração da água = 55,5M 
A partir da 
condutividade elétrica 
Ionização da água 
A concentração de H+ e OH- é igual 
A constante de equilíbrio é um valor que 
relaciona as concentrações das espécies 
reagentes e do produto no momento em 
que ocorre o equilíbrio 
[H+] = [OH-] = 10-7M 
Dizer que duas soluções diferem em pH por 1 
unidade significa que uma solução possui 10 
vezes a concentração de H+ da outra. 
Água – ph7 
H2O ↔ H
+ + OH- 
[H+] = [OH-] = 10-7M 
Ácidos e bases fracos tem constantes de dissociação característicos 
 
- Ácidos e bases fracos não são completamente ionizados em solução aquosa - comuns nos sistemas 
biológicos e tem importante papel no metabolismo. 
Ac acético 
(doador de H+) 
Ânion acetato 
(aceptor de H+) 
- Cada ácido tem uma tendência característica de perder seu próton em solução aquosa. 
 
- Quanto mais forte for o ácido (HA), maior a tendência de perder prótons e formar a sua base conjugada (A-). 
SistemaTampão 
SistemaTampão 
HCl 
Água – ph7 
H2O ↔ H
+ + OH- 
[H+] = [OH-] = 10-7M 
HCl H+ + Cl- 
Solução ácida ph<7 
H2O ↔ H
+ + OH- 
HCl H+ + Cl- 
[H+] > [OH-] 
Sistema “não tampão” 
“Tampões são sistemas que tendem a resistir a 
variações no seu pH quando pequenas quantidades 
de um ácido ou uma base são adicionadas.” 
Solução tampão 
HCl HCl H+ + Cl- 
Solução tampão – phX Solução phX 
Tampões são misturas de ácidos fracos com suas bases 
conjugadas 
ácido base 
+ H 
H+ OH- 
+ 
H20 
Ácidos fracos possuem curvas de titulação características 
+ H+ 
No pt médio da região, o poder 
tamponante 
 do sistema é máximo 
Alterações no metabolismo – alterações nos metabólitos presentes no sangue 
pH x homeostasia 
 
Homeostasia é o equilíbrio do meio interno; 
 equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a livre remoção 
desses íons do organismo. 
 
Fontes de H+ decorrentes dos processos metabólicos 
Powers,S.K. e Howley, E.T., Fisiologia do Exercício, (2000), pg207 Fig11.3 
H+ 
Ácido Fosfórico 
Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas 
Metabolismo 
aeróbico da glicose 
Ácido Carbônico 
Ácido Sulfúrico 
Oxidação de Amino ácidos 
Sulfurados 
Metabolismo 
anaeróbico da glicose 
Ácido Lático 
Corpos Cetônicos Ácidos 
Oxidação incompleta de 
ácidos graxos 
 Insuficiência Renal, Diabetes não controlados, câncer - acidose 
 Curvas típicas da atividade de algumas enzimas em função do pH 
Manutenção do pH: 
pH do Sangue Arterial 
7,4 
Acidose Alcalose 
pH normal 
 - O organismo dispõe de mecanismos para manter a [H+] e, 
consequentemente o pH sanguíneo, dentro da normalidade, ou seja 
manter a homeostasia . 
 
SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO 
H + ( a q ) + H C O 3
-
( a q ) H 2 C O 3 ( a q ) H 2 O ( l ) + C O 2 ( g )
 Equilíbrios importantes no sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato: 
CO2: um gás que fornece um mecanismo para o corpo se ajustar aos equilíbrios. 
A remoção de CO2 por exalação desloca o equilíbrio para a direita, 
consumindo íons H+. 
exalação 
Dissociação do ácido lático H+ 
Hiperventilação - após exercício