agua 30082018093937

Prévia do material em texto

*
Água e suas propriedades
A molécula de água e seus produtos de ionização influenciam profundamente a estrutura, organização e propriedades dos componentes celulares
*
Água: Ponto de fusão, de ebulição e calor de vaporização mais altos que solventes comuns
Atração entre moléculas de água adjacentes, que oferecem a água líquida grande coesão interna
*
Estrutura e característica da molécula de água
Arranjo tetraédrico
Natureza dipolar: atração eletrostática entre H de uma molécula e O de outra – ligação de hidrogênio
Água líquida: cada molécula forma em média 3,4 ligações de H com moléculas vizinhas
Tempo de meia vida 1-20 picoseguntos (10-12s) - Dinâmico
Ligações de hidrogênio são maiores e mais fracas que as ligações covalentes O-H (energia dissociação 23 kJ/mol);
Caracterizada por ser 10% covalente (sobreposição de orbitais) e 90% eletrostática;
A soma de todas as ligações de hidrogênio entre moléculas de água: alta coesão na água líquida;
Redes estendidas de moléculas de água formam pontes entre macromoléculas distantes vários nanômetros entre si.
*
Ligações de hidrogênio no gelo
Cada molécula de água está fixa e forma ligações de H com 4 outras moléculas, criando uma rede cristalina regular ESTÁTICA.
O gelo é menos denso que a água pois ocupa mais espaço que as moléculas na água líquida: gelo flutua na água
*
A água forma ligações de H com solutos polares
Ligações de H comuns em sistemas biológicos:
Aceptor de H: O ou N
Doador de H: átomo eletronegativo
Solubilidade de solutos em água: formação de ligações de hidrogênio entre soluto e água está relacionada diretamente à solubilidade 
Hidrofílicos x Hidrofóbicos
Compensação energética das ligações de H
Algumas ligações de H de importância biológica
*
A força das ligações de hidrogênio
 Orientação das ligações de hidrogênio é direcionada para maximizar as interações eletrostáticas: átomos em linha reta – ligação de H mais forte
A capacidade de direcionar a orientação geométrica das ligações de hidrogênio confere estruturas tridimensionais específicas em macromoléculas;
*
Moléculas hidrofílicas, hidrofóbicas e anfipáticas 
*
Hidrofílicos
Hidrofóbicos e anfipáticos
 
*
Compostos anfipáticos em solução aquosa
*
Influência e interação da água com biomoléculas
Ex.: Interação ENZIMA-SUBSTRATO
“O aumento da desorganização das moléculas de água aumenta a entropia do sistema”
*
Gases apolares são fracamente solúveis em água
*
Tipos básicos de interações entre biomoléculas em solução aquosa
*
Participação de moléculas de água na estrutura de proteínas
Ex.: HEMOGLOBINA
*
Participação de moléculas de água na estrutura de proteínas
Ex.: CITOCROMO 
*
Osmose
*
A água pura é ligeiramente ionizada
H2O		H+ + OH-
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
OH-
+
+
Salto de prótons em moléculas de água: alta mobilidade iônica de H+ → função nas reações biológicas de transferência de prótons
*
H2O		H+ + OH-
“A constante de equilíbrio de uma reação é igual ao produto da
concentração de produtos sobre reagentes”
Keq
Keq = [H+ ] [OH- ]
	 [H2O]
Em água pura à 25°C [H2O] = 55,5 M
(g de água em 1 litro/massa molecular 18,015g/mol)
Keq = [H+ ] [OH- ]
	 55,5
55,5 . Keq = [H+ ] [OH- ] = Kw (produto iônica da água a 25 ºC)
Considerando que Keq= 1,8 x 10-16 M (medidas de condutividade elétrica da água pura a 25 ºC)
Kw= [H+ ] [OH- ]= 55,5 M . 1,8 10-16 M = 1,0 10-14 M2 
*
 [H+] [OH-] = 1,0 x 10-14 M2
Em condições [H+] = [OH-] pH neutro
Concentração de H+ e OH- podem ser calculadas:
Kw = [H+] [OH-] = [H+]2
[H+]2 = 1,0 x 10-14 M2 
[H+] = 10-7M
[OH-] = 10-7M
pH = -log [H+] = 7
Escala de pH é logarítmica
*
*
Ácidos fracos e bases fracas ionizam em solução aquosa: pares ácido-base conjugados 
HA ↔ H+ + A- Keq = [H+] [A-] / [HA] = Ka pKa = -logKa
 
*
Curva de titulação de um ácido fraco
*
*
Tampão: sistema aquoso que tende a resistir a mudança de pH na presença de pequenas quantidades de ácido ou base
 Ação tamponante dos ácidos fracos
*
Equação de Henderson-Hasselbalch: relação entre pH, pKa e concentração do tampão
Ka = [H+] [A-] / [HA] 
[H+] = Ka [HA] / [A-] 
-log [H+] = -log Ka -log [HA] / [A-]
pH = pKa - log [HA] / [A-]
pH = pKa + log [A-] / [HA]
*
A HISTIDINA é um ácido fraco com poder tamponante nas proteínas dos sistemas biológicos pKa imidazol= 6
*
*
O sistema tampão bicarbonato do sangue 
pKa ác carbônico = 3,57
*
A água como reagente biológico
*
A adequação do ambiente aquoso para os organismos vivos
 Alto calor específico funciona como tampão de calor
 Calor de vaporização- usado pelos vertebrados para perder o excesso de calor corporal
 Alto grau de coesão das moléculas é usado para transportar solutos
 Densidade menor que o gelo possibilita – congelamento da superfície para o fundo, a camada de gelo isola a água do ambiente mais frio impedindo que as lagoas se congelem
 Muitas propriedades das macromoléculas dependem de suas interações com a água
*
GD 1 – Água
1. O sistema tampão fosfato é um dos mais efetivos nos fluidos biológicos, e exerce efeito tamponante em intervalo de pH 5,9-7,9. Assim, um bioquímico necessitou preparar 0,5 litro de uma solução tampão fosfato 500 mM, pH 7,0. Encontram-se no laboratório os seguintes reagentes:
H3PO4		PM=98 g/mol		pKa=2,14
NaH2PO4		PM=120 g/mol	pKa=6,86
Na2HPO4		PM=142 g/mol	pKa=12,4
a) Explique quais os reagentes ele deveria utilizar para preparar a solução tampão. 
b) Faça os cálculos para o preparo do referido tampão.
2. Após um exercício vigoroso, o ác. lático produzido no tecido muscular é transportado para o sangue, aumentando a [H+], o que poderia promover a redução do pH sanguíneo. Explique como o pH sanguíneo é ajustado rapidamente nessas condições.