Água e soluções I BIOFÍSICA

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Água e soluções 
 
Água 
A vida provavelmente surgiu em meio aquoso, a 
água representa cerca de 70% do peso da maioria 
dos organismos e as atividades metabólicas só 
ocorrem em células com pelo menos 65% de H2O. 
As suas propriedades físicas e químicas 
determinaram a vida como é hoje e entre elas 
estão as pontes de hidrogênio e a sua tendência a 
se ionizar, mesmo que seja fraca. Essas 
propriedades permitem a existência dos sistemas 
tampão que são essenciais à vida e influenciam 
vários componentes celulares, como proteínas, 
lipídeos, carboidratos e ácidos nucléicos. 
A água é polar devido às diferenças de 
eletronegatividade entre H e O, conferindo a ela um 
momento dipolo. O momento dipolo juntamente 
com a presença de pares de elétrons não 
compartilhados no O, são responsáveis pela 
formação das pontes de hidrogênio entre moléculas 
de água. Ela possui, assim, um arranjo tetraédrico. 
As ligações de hidrogênio são interações 
isoladamente fracas em sistemas aquosos. Elas são 
responsáveis pelas forças coesivas que tornam a 
água líquida em temperatura ambiente e que 
favorecem o arranjo ordenado em cristais de gelo. 
A água atua como aceptor e também como doador 
de elétrons em pontes de hidrogênio. 
Quanto mais forte for as interações 
intermoleculares (no caso, ligações de hidrogênio), 
maior será o ponto de fusão e de ebulição da 
substância. 
As ligações de hidrogênio são importantes porque, 
entre outras funções, ligam as bases 
complementares de DNA 
As ligações de hidrogênio são direcionais: são mais 
fortes quando orientadas com interação 
eletrostática máxima, que é quando os átomos da 
ponte de H estão em linha reta. 
A água age como solvente e a sua polaridade faz 
com que ela dissolva substâncias polares com 
facilidade (hidrofílica), enquanto substâncias apolares 
não interagem com ela (substâncias hidrofóbicas). 
A água é um dos solventes com maior constante 
dielétrica. Isso significa que a sua molécula atrai íons 
mais fortemente do que eles se atraem entre si. 
Então os compostos iônicos ficam dissociados em 
solução porque não conseguem se atrair um com 
o outro tão fortemente como a água consegue. 
Além de dissociar íons, a água também forma uma 
camada de solvatação ao redor deles. A partícula 
iônica fica cercada pela água, aumentando o seu 
tamanho. 
Os gases apolares são insolúveis em água, 
impactando o transporte de oxigênio no corpo. O 
O2 precisa ser transportado por proteínas 
carreadoras (hemoglobina). O transporte de CO2 é 
feito sob a forma de HCO3-, que é solúvel em água. 
A interação da água com compostos anfipáticos 
provoca a formação de micelas e bicamadas 
lipídicas. 
As interações hidrofóbicas são as forças que 
mantêm as regiões apolares unidas, garantindo 
maior estabilidade ao minimizar interações coma 
água. As interações hidrofóbicas estabilizam as 
membranas biológicas e são importantes para 
estabilização de proteínas, pois ocorrem em 
aminoácidos apolares. 
 entre grupos 
 
neutros e entre ligações peptídicas; interações 
iônicas: atração e repulsão; interações hidrofóbicas 
e interação de van der Waals, as duas ocorrem em 
quaisquer dois átomos que estejam próximos. Essas 
interações são muito importantes em sistemas 
biológicos porque, apesar de serem fracas, em 
conjunto têm efeito muito significativo, sendo de 
extrema importância para a manutenção da 
estrutura de biomoléculas. Essas interações são 
necessárias para ocorrer a ligação da enzima ao seu 
substrato e para romper essa ligação também 
(precisam ocorrer simultaneamente). A estrutura 
mais estável (nativa) de proteínas e de ácidos 
nucléicos é a que as iterações fracas são 
maximizadas, ela determina o dobramento de 
proteínas em folhas beta pregueadas e em alfa 
hélices, além da estrutura de dupla hélice do DNA. 
: razão m/V (em g/mL ou kg/L). A 
densidade da água varia com a temperatura: ela 
aumenta de 0ºC até 4ºC (densidade máxima) e 
diminui a partir de 4ºC. O gelo é menos denso que 
a água. 
 é a energia necessária para 
vaporizar 1g de um líquido em sua temperatura de 
ebulição. Pela água apresentar alto calor de 
vaporização, para desidratar um sistema biológico é 
preciso muita energia e ela serve como controle de 
temperatura pela transpiração, ao dissipar calor. 
 são atrações intermoleculares 
que mantêm as moléculas coesas. Ela ocorre por 
causa da diferença de atrações na superfície, 
formando uma fina camada elástica na superfície da 
água. A sua tensão superficial diminui com o 
aumento da temperatura. A alta tensão superficial 
da água é importante, pois permite a 
compartimentalização celular por meio de 
membranas, porém dificulta as trocas gasosas nos 
alvéolos pulmonares, o que é minimizado pela 
liberação de surfactantes pelas células epiteliais 
alveolares. Sabões e detergentes reduzem a tensão 
superficial da água, permitindo que a água entre 
melhor nos tecidos. 
→ capacidade de um líquido subir 
ou descer por um tubo com diâmetro muito 
pequeno. Isso ocorre devido às forças 
adesivas entre a água e as paredes do 
capilar serem maior do que as forças 
coesivas entre as moléculas de água. A altura 
que o líquido vai subir depende da tensão 
superficial do líquido, do diâmetro do tubo e 
da densidade do líquido. A capilaridade ocorre 
nas plantas e é usada na cromatografia, por 
exemplo. 
→ é a resistência à deformação por 
forças de tensão. Quanto maior for a força 
de coesão, maior é a viscosidade. A água 
deveria ter alta viscosidade, mas como as 
pontes se fazem e refazem muito rápido, a 
sua viscosidade é muito baixa. 
Solucões 
São misturas que contém mais de um componente 
e têm apenas uma fase. Podem ser entre líquidos 
(etanol+água), sólido-líquido (NaCl+água) e gás-
líquido (O2+água). A concentração da solução tem 
relação direta com suas propriedades físicas e 
químicas. 
A concentração da solução é representada pela 
quantidade de soluto por quantidade de solução, 
pode ser representada por: 
 %=massa do soluto (g) 
 Volume da solução (mL) 
M= m . 
 PM x V (L) 
Diluição das soluções: C1V1=C2V2 
Geralmente a elevação da temperatura em 
soluções aumenta a solubilidade de um sal, mas há 
exceções. 
 
A solubilidade de gases é reduzida com o aumento 
da temperatura porque as moléculas ficam mais 
agitadas, facilitando o seu escape. 
O aumento de pressão aumenta a solubilidade de 
gases por causa do aumento da pressão parcial do 
gás que aumenta os choques das moléculas com a 
superfície do líquido. 
: dependem apenas do 
número de partículas em solução. 
• há um número 
menor de moléculas do solvente na superfície, 
diminuindo a Pv 
• 
• 
• é a pressão necessária para 
evitar a osmose.