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Água Solvente universal (por ser dipolo, dissolve várias substancias) Oferece condições para reações químicas. Formada por ligações covalentes (pontes de hidrogênio-ligações fracas) formando um polo positivo e um negativo, o que deixa a água polar. O número de pontes de hidrogênio faz com que a água varie de estado físico, ficando solida quando as moléculas se organizam, ficando mais próximas, fazendo mais pontes de hidrogênio e se movendo menos e ficando em estado de vapor quando as moléculas estão dispersas, formando poucas pontes de hidrogênio e se movendo muito. Propriedades físico-químicas da Água: Calor de fusão: calor de congelamento. Presença da água nos tecidos dificulta o congelamento de fluidos biológicos. Calor especifico: calor para elevar a temperatura. “Tampão térmico” – protege o organismo contra variações bruscas de temperatura Calor de vaporização: calor para evaporar. Importante no processo de dissipação de energia Tensão superficial: energia necessária para separar um liquido numa superfície. Resultante de forças desiguais de atração molecular. Coesão: atração água-água Adesão: liquido-solo (quando alta em relação a força de coesão capilaridade) Propriedades coligativas das soluções Pressão de vapor: Pressão que as moléculas de água exercem sobre as paredes do recipiente e sobre a água líquida. ↑ temp ↑ evaporação ↑ pressão. Temperatura aumenta a energia cinética das moléculas de água Pressão do vapor = Pressão atmosférica ponto de ebulição. Pressão do vapor forma solida = pressão de vapor da forma líquida ponto de fusão. (ex: gelo e água a 0º) O abaixamento independe da temperatura da solução. Depende das partículas de soluto. Soluto não volátil Adição de soluto diminui a pressão do vapor. Forte interação das moléculas de água com as moléculas de soluto dificultando sua passagem para a forma de vapor. A adição de soluto aumenta a temperatura de ebulição do solvente devido à redução na pressão de vapor. Temperatura de ebulição: Adição de soluto aumenta a temperatura de ebulição Temperatura de congelamento: As moléculas de soluto interagem com as moléculas de água Não forma as 4 pontes de hidrogênio Congelamento: devido à redução na energia do sistema. Osmose: Movimento passivo de solvente através de uma membrana seletivamente permeável, de uma região com “alta concentração de água” para uma região com “baixa concentração de água” Pressão Osmótica: quantidade de pressão necessária para interromper precisamente a osmose Retenção de água nos tecidos: edema Fatores: 1) Insuficiência Cardíaca 2) Diminuição de proteínas no plasma 3) Aumento da permeabilidade do capilar: extravasamento de proteínas 4) Bloqueio do retorno dos líquidos pelo sistema linfático BIOENERGÉTICA Termodinâmica trata das alterações de energia Sistemas Abertos – troca de matéria e de energia Fechados – troca apenas de energia Adiabáticos – não há trocas Energia é a capacidade de um sistema tem de realizar trabalho, podendo ser cinética, mecânica, térmica, química etc. Energia Interna (U) é energia total de um sistema e como os sistemas não são perfeitamente conhecidos é impossível determinar o valor absoluto da energia interna. Trabalho (W) é o método pelo qual a energia é transferida. Leis da termodinâmica: Primeira lei da Termodinâmica/ Lei da conservação de energia: Energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada. Entalpia (H): Sua variação (ΔH) mede a conteúdo de calor de um sistema. ΔH>0 a reação recebe calor sendo endotérmica. ΔH<0 a reação perde calor sendo exotérmica. Segunda lei da Termodinâmica/ Lei da transferência de energia: Entropia (S): Quanto mais desorganizado o sistema maior a entropia. Sendo que, apenas uma substância cristalina, quimicamente pura e numa temperatura de zero absoluto possui entropia igual a 0. A variação de entropia (ΔS) é medida pela entropia do produto menos a entropia do reagente. ΔS>0 – Reação espontânea. ΔS<0 – Reação não-espontânea. ΔS=0 – Reação em equilíbrio. Energia Livre (G): É a porção da energia total (H) disponível para realizar trabalho. 1.Exergônica (ΔG<0): São espontâneas e apresentam produtos mais estáveis. 2.Endergônica (ΔG>0): Não-espontâneas. 3.Equilíbrio: ΔG=0 O ATP produzido nas células é utilizado para trabalhos biológicos como: Trabalho Químico ou Biossintéticos: Engloba os gastos energéticos para a biossíntese de todas as moléculas fundamentais. Trabalho Transporte Acúmulo: Trabalho da célula para transportar e acumular substancias. Exemplo: Bombas. Trabalho Mecânico: Trabalho para realização da movimentos. Exemplo: Contração muscular. Todas as transformações energéticas dentro das células dependem da intermediação do ATP. Um controle rígido de sua concentração intracelular ocorre por meio de enzimas reguladoras que atuam principalmente sobre os processos de formação de ATP: Fosforilação/ fosforilação Fotossintética: Ocorre apenas em plantas durante a transferência de elétrons no processo da fotossíntese. Fosforilação Oxidativa: Ocorre tanto em plantas quanto em animais, durante a transferência de elétrons na cadeia respiratória. Fosforilação em nível de substrato: Consiste na transferência direta da energia da ligação de um composto rico em energia para o ADP e Pi. Os animais se dividem quanto a sua capacidade de produzir calor em 1.Pecilotérmicos: Não dispõe de mecanismos de produção de calor, e tem suas atividades metabólicas variáveis de acordo com a produção do ambiente. 2.Homeotérmicos: São aqueles com mecanismos reguladores de temperatura, basicamente constituídos de sensores ou termo receptores e de Controladores de temperatura. O controle de temperatura ocorre em 3 níveis: Regulação Vasomotora (Regula o fluxo de calor pelo sangue), Regulação Sudomotora (Quando o ambiente está quente, gera a vaporização) e Regulação Metabólica (metabólica voluntaria com exercício físico ou metabólica involuntária com os tremores de fro) Transporte e distribuição de solutos Fundamental para a manutenção do metabolismo celular em todas as suas fases e requer contínuo fluxo de energia. Membrana: mosaico fluido; bicamada lipídica; proteínas globulares. Propriedades físico químicas 1. Elevada resistência a passagem de corrente elétrica 2. Baixa permeabilidade a solutos polares 3. Assimetria topográfica da superfície das membranas ↓Polaridade do Soluto = ↑ Solubilidade da membrana = ↑ K = ↑ P = ↑ permeabilidade Existem 2 tipos de transporte na célula: Passivo e Ativo • Transporte Passivo: É o movimento espontâneo de partículas de soluto ou de solvente a favor de seu gradiente de potencial eletroquímico. O potencial de membrana que em grande parte, dependente de energia metabólica algumas vezes o transporte passivo pode envolver gasto indireto de energia. Portanto, o que caracteriza o transporte passivo é o fato de ele estar ocorrendo a favor do potencial eletroquímico e não o fator de envolver ou não gasto de energia. Existem 3 tipos de transporte passivo: Difusão, Osmose e Equilíbrio de Donnan. 1. Difusão: É o movimento espontâneo de partículas de determinado soluto de uma região de maior potencial eletroquímico para a outra próxima, de menor potência, portanto a favor do gradiente eletroquímico. O potencial eletroquímico depende da natureza e da concentração do soluto, além das diferenças de potencial elétrico entre diferentes pontos do sistema. Pode ser: - Simples: através da bicamada lipídica - Facilitada: quando há intermédio de um transportador -Através de canais iônicos: formados por proteínas transmembranas. 2. Osmose: É o movimento passivo de partículas de solvente a favor do gradiente de potencias eletroquímico, que no caso da água é chamado de potencial hídrico. O potencial hídrico da água pura é igual a zero e à medida que a quantidade de água livre diminui, assume valores cada vez mais negativos. Portanto a água sempre se move de um potencial hídrico mais alto para um mais baixo (sempre passivo).3. Equilíbrio de Donnan: É um tipo especial de equilíbrio que se forma entre uma região possuidora de cargas elétricas imóveis (ou não difusíveis) e outra região próxima possuidora de íons moveis (ou difusíveis). Quando o equilíbrio é atingido γ1 = γ2 ou Δ γ = 0 em outras palavras [A]1 [B]1 = [A]2 [B]2. No equilíbrio o produto das concentrações dos íons moveis num dos compartimentos é igual ao produto das concentrações dos mesmos íons no outro compartimento. • Transporte Ativo: É todo o transporte que ocorre contra o gradiente de potencial eletroquímico, sendo a energia necessária para esse transporte obtida principalmente na hidrolise do ATP que é catalisada pela enzima ATPase. O transporte ativo pode ser dividido em primário e secundário. O transporte ativo primário tem gasto de energia direto, além de gerar um potencial de membrana, ele inclui as bombas tipo P (auto fosforilação, Na e K), tipo F (transporte de H+) e transportadores ABC (moléculas pequenas) O transporte ativo secundário tem um gasto de energia indireto e inclui os transportadores simporte e antiporte. Características do transporte ativo: A atividade do transporte ativo depende da quantidade externa da substancia que está sendo transportada, contudo existe um linear máximo que é o ponto de saturação do transportador, nele todos os transportadores ficam “ocupados” impossibilitando um aumento da taxa de transporte. O transporte ativo é unidirecional O transporte ativo mante a concentração interna do soluto relativamente constante, mesmo havendo flutuações na concentração externa. Transportadores: São proteínas inseridas nas membranas celulares capazes de prender o soluto no meio externo e utilizando a energia metabólica efetuar o seu transporte para o interior das células, eles possuem sítios específicos chamados de sítios de absorção. Os principais transportadores são: 1. NA + K ATPase: Na é jogado para fora e o K para dentro em um transporte acoplado antiporte. Nos eritrócitos a ATPase que quebra o ATP para o movimento só é ativada quando 3 Na e 1K se ligam nos sítios ativos da enzima. 2. Bomba extrusora de prótons: É uma H+ ATPase que promove a retirada de H+ do citosol em células vegetais 3. Bombas de Sódio: Existem duas podendos ser a Bomba de sódio Renal que faz a reabsorção de Na e a Bomba de sódio intestinal que faz parte do sistema de absorção de glucose. • Equilíbrio Hidrossalino: Composto por barorreceptores (detectores de pressão) localizados na aorta e Osmorreceptores (detectores de osmolaridade) no fígado e no hipotálamo. Os impulsos nervosos produzidos por variações na pressão ou osmolaridade, que chegam aos centros hipotalâmicos são integrados/coordenados e desencadeiam eventos que resultam no ajusto de volumo e/ou de concentração dos líquidos corporais. Este ajuste da se, principalmente, com a perda de líquido e/ou solutos pela sudorese, diurese e etc. envolvendo, portanto, outros mecanismos regulatórios, como o da temperatura corporal. Dois dos mais importantes hormônios ligados ao controle do equilíbrio Hidrossalino são a vasopressina/hormônio antidiurético (ADH) e a Aldosterona. A Vasopressina/ADH controla a permeabilidade dos túbulos renais distais a água, o aumento do ADH causa maior absorção de água deixando a urina Hipertônica, esse hormônio é inibido com a ingestão de álcool por isso bêbado vai muito ao banheiro. A Aldosterona é responsável pela reabsorção de sódio na urina quando os níveis no sangue caem. Intercâmbio Gasoso Lei fundamental dos gases Estado gasoso é o mais simples; não possui volume intrínseco; ocupa qualquer espaço fechado que é introduzido Um gás ideal é constituído de partículas extremamente pequenas (moléculas), que estão num contínuo e independente movimento aleatório. Moléculas do gás colide com a parede do recipiente pressão. Lei de Boyle ↓V-↑P = T Lei de Charles ↑V-↑T = P Lei de Avogrado “Volumes iguais de todos os gases ideais, nas mesmas condições de pressão e temperatura, contém o mesmo número de moléculas.”, basicamente, quanto tudo é igual, tudo É igual. Lei de Dalton “Volumes iguais de todos os gases ideais, nas mesmas condições de pressão e temperatura, contém o mesmo número de moléculas.”, basicamente, quanto tudo é igual, tudo É igual. Lei de Grahan: “A velocidade de difusão é inversamente proporcional a raiz quadrada de sua densidade”, basicamente, quanto maior a raiz quadrada da densidade menor a velocidade de difusão, pois demora mais para alcançar a homogeneidade. Assim como, a densidade de um gás é diretamente proporcional ao seu peso molecular. Lei de Henry “A massa de qualquer gás que se dissolve em determinado volume de liquido é diretamente proporcional a pressão do gás, em temperatura constante”, basicamente, quanto maior a pressão do gás mais dissolvido ele fica pois a mais “força” para obrigar ele a se misturar, caso contrário ele faz bolha e vai embora. Equação Geral: P1V1/T1 = P2V2/T2 Equação de Clapeyron: PV=NRT OBS: 1. Efusão é a passagem das partículas de um gás através de pequenos orifícios. 2. Pressão parcial de um gás é a contribuição da pressão de um gás na pressão total na mistura - EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO Os organismos possuem meios para evitar a variação de pH interno [H+]. [OH-] = 14 Ácidos/Bases fortes: em soluções aquosas diluídas se ionizam completamente Ácidos/Bases fracos: não se dissociam totalmente, mesmo e soluções aquosas Força do ácido é capacidade de doar prótons ao meio e força da base de receber prótons do meio Menor pH = maior força ácido Grau de ionização: Fração de moléculas que se ioniza em solução Maior grau de ionização = mais forte é o ácido ou a base O pH expressa somente a acidez real Conceito de Bronsted-Lowry: Ácido é a capacidade de doar prótons e base capacidade de receber HA + B = BH+ + A- Se HA for um ácido forte, sua base conjugada A- deverá ser fraca; se B for base forte, seu ácido conjugado BH+ será fraco Soluções-Tampão: Soluções capazes de manter praticamente inalterado o pH quando a elas são adicionadas quantidades moderadas de ácido ou base Formado por ácido forte e base fraca Acidez de reserva: moléculas de ácido não-dissociado Basicidade de reserva: ânions de sal completamente dissociados pH = pKa + log[base] / [ácido] (ou log [forma desprotanada] / [forma protonada]) Capacidade tamponante: eficiência de um tampão para manter o pH quando há adição de ácido ou base, medida pela quantidade de ácido ou base necessária para causar uma variação de pH em 1 unidade em 1 litro de solução; maior quantidade adicionada=maior eficiência; ela depende da proporção dos componentes do tampão (eficiência máxima=1) e da concentração total do tampão (maior concentração=maior eficiência) Tampões Biológicos: Em animais superiores temos o sistema sanguíneo e o sistema renal Sistema bicarbonato (H2CO3-): 20 vezes melhor para ácido do que base; ruim do ponto de vista físico-químico, mas ótimo como biológico (organismo tende mais a acidose); impede aumento da concentração de CO2; Sistema fosfato (H2PO4-): tamponamento de ácidos não voláteis; nível renal; 4 vezes melhor para ácido do que base; ponto de vista físico-químico é mais eficiente que o de bicarbonato Sistema proteinato (HProteína): sistema hemoglobina; tamponamento do pH dos eritrócitos Sistema oxi-hemoglobinato (HHbO2): dissocia fácil e libera H+ Sistema hemogloninato (HHb): remove íon H+ do meio Regulação do equilíbrio ácido-básico: Animais superiores: pH do sangue: mantido pelo sistema bicarbonato e hemoglobina, o H2CO3 ionizado tende a abaixar o pH, transformação da HbO2- em Hb-, remove mais eficientemente os íons H+ do meio, O2 é removido da oxi-hemoglobina que aumenta capacidade de fixar H+ pH do sistema renal: sistema bicarbonato/fosfato e sistema amônia/bicarbonato Plantas superiores: Bombeamento de prótons para meio externo ou vacúolo Produzir/consumir ácidos orgânicos ACIDOSE ALCALOSE METABÓLICADiabetes não controlada, ingestão de álcool metílico, diarreias graves, uremia Aumento de HCO3-, vômitos prolongados, ingestão de álcalis, obstrução intestinal alta RESPIRATÓRIA Incapacidade de eliminar CO2, pneumonia, enfisema pulmonar, asma, insuficiência cardíaca Ventilação alveolar excessiva, hiperventilação, altitudes, uso errado de respiração superficial COMPENSAÇÃO M: hiperventilação, urina ácida (aumento pH plasma) R: hiperventilação, ventilação alveolar excessiva M: respiração lenta, eliminação de HCO3- na urina (torna alcalina) R: ajuste da respiração, urina também fica alcalina Alterações do equilíbrio ácido-básico:
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